Organische Photovoltaik<\/p>\n
Die Notwendigkeit, kosteng\u00fcnstige Photovoltaikmodule bereitzustellen, erfordert neue L\u00f6sungsans\u00e4tze f\u00fcr Effizienzsteigerungen und Kostenoptimierungen. Die derzeit f\u00fcr Photovoltaik genutzten Systeme, basierend z.B. auf Silizium, sind sehr weit ausgereift, haben aber nur ein begrenztes Kostensenkungspotential.Ziel dieses Promotionsvorhabens ist es, organische Solarzellen in Hinblick auf effizienzlimitierende Prozesse zu untersuchen. Dabei sollen insbesondere die Verlustmechanismen der drei grundlegenden Prozessschritte Photonenabsorption, Ladungstr\u00e4gergeneration und Ladungstransport betrachtet werden. Durch gezielte Experimente und Modellierungen soll somit ein detaillierter, physikalischer Einblick in die Funktionsweise innerhalb der Solarzelle erm\u00f6glicht werden. Das gewonnene Verst\u00e4ndnis findet anschlie\u00dfend in einer gezielten Optimierung der photovoltaischen Zellen Anwendung.Der experimentelle Schwerpunkt liegt dabei auf den bisher nur unvollst\u00e4ndig verstandenen Schritten Generation und Transport von Ladungstr\u00e4gern.Die Photovoltaik besch\u00e4ftigt sich mit der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Neben der herk\u00f6mmlichen auf Silizium basierten Photovoltaik, die bereits erfolgreich auf unseren D\u00e4chern und Fl\u00e4chen zur Energiegewinnung genutzt wird ist im letzten Jahrzehnt unter anderem die organischen Photovoltaik in den Vordergrund des wissenschaftlichen Interesses ger\u00fcckt. Im Gegensatz zur anorganischen Photovoltaik (Silizium, Germanium), werden bei der organischen Photovoltaik organische Halbleiter, wie konjugierte Polymere, und C60-Molek\u00fcle (Buckminster-Fullerene) zur Energieerzeugung herangezogen. Konjugierte Polymere verf\u00fcgen \u00fcber einen sehr hohen Absorptionskoeffizienten. Demnach ist bereits eine d\u00fcnne Polymerschicht von etwa 100 nm ausreichend, um gen\u00fcgend Sonnenlicht zur Stromgewinnung einzufangen. Der geringe Materialverbrauch und die M\u00f6glichkeit organische Solarzellen aus der Fl\u00fcssigphase gro\u00dffl\u00e4chig aufzubringen (z.B. mittels herk\u00f6mmlicher Druckverfahren) machen die organische Photovoltaik zu einer kosteng\u00fcnstigen Alternative im Bereich regenerativer Energiequellen. Das Polymer allein vermag allerdings nicht das einfallende Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln, da die erzeugten Elektronen-Loch-Paare (Exzitonen) \u00fcber eine hohe Bindungsenergie verf\u00fcgen. F\u00fcr die Trennung der Exzitonen werden deshalb z.B. Fullerene, wie PCBM ([6,6]-Phenyl-C61-Butters\u00e4ure-Methylester) beigemischt, die eine hohe Elektronenaffinit\u00e4t besitzen und demnach dem Polymer das Elektron entziehen und nur noch das Loch auf der Polymerkette zur\u00fcckbleibt. Dieser Prozess vollzieht sich an nahezu jeder Polymer-Fulleren Grenzfl\u00e4che. Da beide Materialien bei der Prozessierung vermischt werden, sind viele Grenzfl\u00e4chen vorhanden, was eine \u00e4u\u00dferst effiziente Ladungstrennung und damit eine effiziente Stromerzeugung zur Folge hat. Man spricht in diesem Fall von einer sogenannten Misch\u00fcbergangssolarzelle (oder engl.: \u201eBulk Heterojunction Solar Cell\u201c (BHJSC)). Der Ladungstransport in organischen Halbleitern, wie etwa dem konjugierten Polymer P3HT (Poly-3-Hexylthiophen), vollzieht sich wesentlich langsamer, als in anorganischen Halbleitern wie beispielsweise in Silizium. Dieser um Gr\u00f6\u00dfenordnungen langsamere Transport von Elektronen und L\u00f6chern innerhalb des aktiven Materials ist mit ein entscheidender Faktor f\u00fcr den eher niedrigen Wirkungsgrad von etwa 4 % im Falle des untersuchen Materialsystems von P3HT:PCBM im Vergleich z.B. zu Silizium-Solarzellen mit etwa 16-20 %.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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Physikalisches Institut
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