UMWELTnanoTECH

UMWELTVERTRäGLICHE ANWENDUNGEN DER NANOTECHNOLOGIE

8 Umweltverträgliche hocheffiziente organische Solarzellen

Arbeitsfeld:

Ziel dieses Projektvorhabens ist die Erarbeitung der physikalisch-technischen Grundlagen für eine umweltfreundliche und nachhaltige Produktion von hocheffizienten organischen Solarzellen (OSZ). Auf dem Gebiet der organischen Photovoltaik (OPV) haben sich Solarzellen auf Basis von Polymeren und Fullerenen etabliert (Polymerblendsolarzellen). Sie beruhen auf nasschemischen Verfahren und haben mittlerweile den Sprung zu hohen Wirkungsgraden geschafft. OSZ erreichen gegenwärtig zertifizierte Wirkungsgrade von über 10 %. Es ist daher der richtige Zeitpunkt, über weitere, bisher wenig beachtete Aspekte dieser attraktiven PV-Technologie nachzudenken1. Im Rahmen von Forschungsarbeiten werden hocheffiziente OPV-Funktionsschichten und Solarzellen mit umweltfreundlichen Formulierungen („grüne“ Lösungsmittel) entwickelt und umfassend charakterisiert. Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung hocheffizienter Solarzellen, die sich für ein umweltfreundliches und hochproduktives Massendruckverfahren eignen. Dabei spielt die Morphologie der Absorbermischschicht eine herausragende Rolle. Auf Grund der unterschiedlichen Löslichkeit organischer Halbleiter entstehen Domänen, deren Größe von vielen Faktoren abhängig ist und typischerweise im Nanometerbereich (kleiner als 50 nm) liegt. Elektrische Leitfähigkeit, optische Absorption, effiziente Ladungsträgergeneration, sowie geringe Rekombinationsverluste bestimmen dabei die Eignung der Nanomorphologie2.
Abbildung: Transparente Organische Solarzelle.

Im ersten Jahr konnte eine Klassifizierung von Additiven nach ihrem Siedepunkt, ihrer Flüchtigkeit und ihrer Löslichkeit vorgeschlagen werden. Die größten Verbesserungen ergaben sich durch die Verwendung von hochsiedenden Additiven mit selektiver Löslichkeit für PCBM als Elektronenakzeptor. Diese führten zu einer gröberen Mikrostruktur und einer Erhöhung der Phasenseparation. Durch Kombination verschiedener umweltfreundlicher Lösungsmitteln konnten zudem bereits vergleichbare Wirkungsgrade erzielt werden wie aus „nicht umweltfreundlichen“ halogenierten Lösemitteln.