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Charakterisierung limitierender Faktoren in hybriden Donor-Akzeptor-Solarzellen

Witt, Florian - Carl von Ossietzky Universität Oldenburg (2011)


Hybride Photovoltaik ist eine vergleichsweise neue Technologie, die die Vorteile organischer und anorganischer Solarzellen vereinen soll. Hierbei besteht das aktive Solarzellenmaterial aus einem halbleitenden Polymer als Donor und anorganischen, halbleitenden Nanopartikeln als Akzeptor. Obwohl die verwendeten Nanopartikel den organischen Akzeptoren aufgrund einer anpassbaren Bandlücke sowie eines verbesserten Ladungstransportes durch elongierte Partikelformen überlegen sein sollten, zeigen Hybridsolarzellen bislang deutlich schlechtere Wirkungsgrade als rein organische Zellen.

Die hier vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Frage nach den Ursachen für die Unterschiede in der Performanz von hybriden und organischen Solarzellen. Um diese zu klären, beschäftigt sich der erste Abschnitt dieser Arbeit mit Defektzuständen, die durch die Nanopartikel in die hybriden Schichten eingebracht werden. Dabei wurde lichtinduzierte Elektronen-Spin-Resonanzspektroskopie (l-ESR), sowie ladungsbasierte transiente Störstellenspektroskopie an Hybridschichten eingesetzt, um den Einfluss von organischen Stabilisatormolekülen auf Oberflächendefekte der Nanopartikelzu charakterisieren.

Der zweite Teil der Arbeit zeigt mittels l-ESR die Existenz von Ladungstransferzuständen in Hybrid-Schichten. Damit konnte ein Modell vorgeschlagen werden, um unterschiedliche Rekombinationsverhalten von Ladungsträgern in Polymeren in hybriden und rein organischen Schichten für Solarzellen zu erklären.

Im abschließenden Teil der Arbeit werden alternative Konzepte zur Verbesserung hybrider Solarzellen vorgestellt und erste Ergebnisse davon gezeigt. So kann der Nachweis eines Ladungsträgergenerationsprozesses mittels photoinduzierter Absorption und l-ESR in Polymer-Bleiselenid-Gemischen gezeigt werden.

Des Weiteren werden die ersten Strom-Spannungs-Kennlinien von organischen Solarzellen mit integrierter Transportschicht aus Kohlenstoffnanoröhren, die einen photovoltaischen Eeffkt zeigen, präsentiert. Anhand dieser Untersuchungen konnten verschiedene limitierende Faktoren in hybriden Solarzellen gefunden und charakterisiert werden, so dass diese bei Optimierungen in künftigen Systemen berücksichtigt werden können.


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