In dem Bem\u00fchen die Energiewende voranzutreiben nimmt die Forschung und Entwicklung im Bereich der erneuerbaren Energien weltweit eine entscheidende Rolle ein.\u00a0 Die doppelte Nutzung gro\u00dfer landwirtschaftlich genutzter Fl\u00e4chen bietet die M\u00f6glichkeit zus\u00e4tzliche relevante Fl\u00e4chen f\u00fcr die klimafreundliche Stromerzeugung mittels Photovoltaik (PV) zu erschlie\u00dfen. Bei der Verwendung von klassischen intransparenten Solarzellen m\u00fcssen die Module oder die Zellen selbst jedoch auf Abstand installiert werden, um eine Verringerung des Ertrags durch Schatteneffekte zu vermeiden. Damit geht jedoch die Reduktion des Gesamtwirkungsgrades der Photovoltaikanlage einher. Eine effektive doppelte Fl\u00e4chennutzung erfordert daher eine Durchl\u00e4ssigkeit der Solarzellen im sichtbaren Spektrum, welches f\u00fcr das Pflanzenwachstum ben\u00f6tigt wird. Um dies zu erreichen, eignet sich besonders der Einsatz von organischen Halbleitern mit ihren einstellbaren Absorptionseigenschaften.<\/p>\n
Mit ihrem schmalbandigen Absorptionsbereich bieten sie dadurch die M\u00f6glichkeit, den nahinfraroten Spektralbereich der Sonne effizient in Strom umzuwandeln und gleichzeitig den h\u00f6herenergetischen, sichtbaren Spektralbereich in signifikantem Ma\u00df durch die Solarzelle hindurchzulassen.<\/p>\n
Hocheffiziente intransparente organische Solarzellen erzielen mittlerweile Wirkungsgradrekorde im Laborma\u00dfstab von 20%, typischerweise mit Absorber-Schichtdicken von nur etwa 100 nm. Eine defektfreie Beschichtung mittels industriell umsetzbarer Druckprozesse erfordert jedoch h\u00f6here Schichtdicken von mehr als 200 nm, die dann jedoch mit einer geringeren Transparenz verbunden w\u00e4ren. Dies stellt f\u00fcr den Transfer von der Herstellung im Labor zur gro\u00dffl\u00e4chigen Produktion und hin zur Anwendung eine zus\u00e4tzliche Herausforderung dar. Durch einen neuartigen Multikomponentenansatz in der Absorberschicht der Solarzellen soll die notwendige Schichtdicke erreicht werden, ohne dabei den Wirkungsgrad sowie die Transparenz negativ zu beeinflussen. Dabei spielt die Struktur dieser Schicht, die sogenannte Morphologie, die entscheidende Rolle f\u00fcr die Funktionsweise der Solarzelle. Sowohl die Gr\u00f6\u00dfe der einzelnen Materialphasen, die heterogenen Grenzfl\u00e4chen sowie die vertikale Phasenseparation tragen entscheidend zu einer effektiven Generation und Extraktion der Ladungstr\u00e4ger und dem daraus resultierenden Solarzellen-Wirkungsgrad bei.<\/p>\n
Im Fokus der hier angestrebten Arbeit steht daher die Verwendung und Weiterentwicklung von modernsten Methoden zur nanoskaligen Messung der Zusammensetzung und Verteilung der unterschiedlichen Materialphasen innerhalb der Multikomponenten-Schicht. Dadurch soll eine gezielte Optimierung der Schichtmorphologie erm\u00f6glicht werden. Zusammen mit der Untersuchung geeigneter Materialkonzepte soll diese Arbeit die Herstellung semitransparenter Solarzellen im Hinblick auf industrielle Beschichtungsverfahren f\u00fcr die Anwendung in der Agri-PV vorantreiben.<\/p>\n
Im ersten F\u00f6rderjahr stand die Erprobung von unterschiedlichen Methoden zur Morphologieuntersuchung an einem ausgew\u00e4lten Startmaterialsystem im Mittelpunkt. Der Fokus lag hierbei auf der Elektronenmikroskopie, welche die Untersuchung der lateralen Verteilung der Materialphasen mittels erlaubt. Zu Beginn konnte schnell eine Pr\u00e4parationsmethode etabliert werden, welche den Transfer der eigentlichen Schicht vom urspr\u00fcnglichen Substrat auf ein TEM-Grid erm\u00f6glicht. Durch erste Messungen konnte gezeigt werden, dass ein Materialkontrast m\u00f6glich ist und damit bereits erste Kenntnisse \u00fcber die Morphologie der Mischschichten und der Einfluss der einzelnen Materialien gewonnen werden. Die Messung der Austrittsarbeit mittels Rasterkraftmikroskopie konnte au\u00dferdem zum Verst\u00e4ndnis der Bildung von Bergen und T\u00e4lern beitragen.Eine bestehende Herausforderung bleibt jedoch die Herstellung von Querschnitten der Proben mittels Ultramikrotomie um auch die vertikale Materialverteilung messen zu k\u00f6nnen sowie Einfl\u00fcsse durch die Topographie zu reduzieren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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