Organische Photovoltaik<\/p>\n
Die Notwendigkeit, kosteng\u00c3\u00bcnstige Photovoltaikmodule bereitzustellen, erfordert neue L\u00c3\u00b6sungsans\u00c3\u00a4tze f\u00c3\u00bcr Effizienzsteigerungen und Kostenoptimierungen. Die derzeit f\u00c3\u00bcr 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\u00c3\u00a4gergeneration und Ladungstransport betrachtet werden. Durch gezielte Experimente und Modellierungen soll somit ein detaillierter, physikalischer Einblick in die Funktionsweise innerhalb der Solarzelle erm\u00c3\u00b6glicht werden. Das gewonnene Verst\u00c3\u00a4ndnis findet anschlie\u00c3\u0178end in einer gezielten Optimierung der photovoltaischen Zellen Anwendung.Der experimentelle Schwerpunkt liegt dabei auf den bisher nur unvollst\u00c3\u00a4ndig verstandenen Schritten Generation und Transport von Ladungstr\u00c3\u00a4gern.Die Photovoltaik besch\u00c3\u00a4ftigt sich mit der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Neben der herk\u00c3\u00b6mmlichen auf Silizium basierten Photovoltaik, die bereits erfolgreich auf unseren D\u00c3\u00a4chern und Fl\u00c3\u00a4chen zur Energiegewinnung genutzt wird ist im letzten Jahrzehnt unter anderem die organischen Photovoltaik in den Vordergrund des wissenschaftlichen Interesses ger\u00c3\u00bcckt. Im Gegensatz zur anorganischen Photovoltaik (Silizium, Germanium), werden bei der organischen Photovoltaik organische Halbleiter, wie konjugierte Polymere, und C60-Molek\u00c3\u00bcle (Buckminster-Fullerene) zur Energieerzeugung herangezogen. Konjugierte Polymere verf\u00c3\u00bcgen \u00c3\u00bcber einen sehr hohen Absorptionskoeffizienten. Demnach ist bereits eine d\u00c3\u00bcnne Polymerschicht von etwa 100 nm ausreichend, um gen\u00c3\u00bcgend Sonnenlicht zur Stromgewinnung einzufangen. Der geringe Materialverbrauch und die M\u00c3\u00b6glichkeit organische Solarzellen aus der Fl\u00c3\u00bcssigphase gro\u00c3\u0178fl\u00c3\u00a4chig aufzubringen (z.B. mittels herk\u00c3\u00b6mmlicher Druckverfahren) machen die organische Photovoltaik zu einer kosteng\u00c3\u00bcnstigen 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) \u00c3\u00bcber eine hohe Bindungsenergie verf\u00c3\u00bcgen. F\u00c3\u00bcr die Trennung der Exzitonen werden deshalb z.B. Fullerene, wie PCBM ([6,6]-Phenyl-C61-Butters\u00c3\u00a4ure-Methylester) beigemischt, die eine hohe Elektronenaffinit\u00c3\u00a4t besitzen und demnach dem Polymer das Elektron entziehen und nur noch das Loch auf der Polymerkette zur\u00c3\u00bcckbleibt. Dieser Prozess vollzieht sich an nahezu jeder Polymer-Fulleren Grenzfl\u00c3\u00a4che. Da beide Materialien bei der Prozessierung vermischt werden, sind viele Grenzfl\u00c3\u00a4chen vorhanden, was eine \u00c3\u00a4u\u00c3\u0178erst effiziente Ladungstrennung und damit eine effiziente Stromerzeugung zur Folge hat. Man spricht in diesem Fall von einer sogenannten Misch\u00c3\u00bcbergangssolarzelle (oder engl.: \u00e2\u20ac\u017eBulk Heterojunction Solar Cell\u00e2\u20ac\u0153 (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\u00c3\u00b6\u00c3\u0178enordnungen langsamere Transport von Elektronen und L\u00c3\u00b6chern innerhalb des aktiven Materials ist mit ein entscheidender Faktor f\u00c3\u00bcr 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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