Projekte
Inorganic Photocharging Battery (Inorganic SolStore) – Theoretical Study by First Principle Simulation
Projektbeschreibung
Das Konzept der integrierten Fotoladebatterie kombiniert eine Solarzelle mit einer Elektrode einer Li-Ionen-Batterie, um Gewicht und Größe zu minimieren. Ein vielversprechender Ansatz ist es, Halogenid-Perowskite als photovoltaische Absorber und Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien in kommerziellen Anwendungen zu integrieren. Im Gegensatz zu den kovalenten oder polaren Halbleiterverbindungen, die üblicherweise in PV-Geräten verwendet werden, besitzen Halogenid-Perowskite einen gemischt ionisch-kovalenten Bindungscharakter. Dank dieser Eigenschaft können Halogenid-Perowskite als multifunktionale Materialien sowohl für die Lichtsammlung als auch für die Speicherung von Li eingesetzt werden. Zu diesem Zweck befasse ich mich in meinem Projekt damit, die Wechselwirkung zwischen dem Element Li und den Halogenid-Perowskit-Kristallen zu interpretieren. Zudem wollen wir die Machbarkeit eines solchen integrierten Geräts theoretisch bewerten.
Projektergebnis
In diesem Projekt erforschten wir die energetischen und elektronischen Aspekte von Lithium-Perowskit-Materialien durch First-Principle-Berechnungen. Unter Verwendung von LixCsPbI3 als Modellsystem haben wir das Verhalten der interstitiellen Li-Atome und ihre Auswirkungen auf die elektronische Struktur des Halogenid-Perowskit-Kristalls systematisch untersucht. Die Migrationsbarrieren für Li-Ionen in dem Perowskit-Material sind vergleichbar mit denen in kommerziellen Elektrodenmaterialien für Li-Ionen-Batterien. Allerdings ist die theoretische Aufnahmegrenze von Li in dem Material auf einen geringen Gehalt beschränkt. Außerdem vergrößert das interstitielle Li die Bandlücke des Perowskit-Materials erheblich, was zu einer schlechten Sonnenlichtabsorption führt.
Obwohl sich die ABX3-Halogenid-Perowskite als ungeeignet für eine Fotobatterie erwiesen haben, kann der in diesem Projekt erörterte theoretische Ansatz als umfassender Arbeitsablauf für die Suche nach geeigneteren Fotobatterie-Materialien dienen, der auch auf andere Materialsysteme anwendbar ist.
Erstbetreuer und Dissertation
Prof. Dr. Christian Elsässer
Wei Wei schloss seine Dissertation im November 2023 ab.
Dissertation: Theoretical atomic-scale modelling of perovskite-type photo-battery materials
Derzeitige Position
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ENAS in Chemnitz. Das Fraunhofer ENAS ist im Bereich Smart Systems Integration unter Nutzung von Mikro- und Nanotechnologien tätig.