Plastiksolarzellen

Solarzellen auf Kunststoffbasis bieten ein großes Entwicklungspotential für die photovoltaische Stromgewinnung: Das Hauptziel dieses Projektes ist die photophysikalische Untersuchung der Mischungen von konjugierten Kunststoffhalbleitern mit Fullerenen als Basis für Plastiksolarzellen. Dabei werden folgende Gesichtspunkte insbesondere untersucht: * UMWELTEINFLÜSSE UND STABILITÄT: Die Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die Langzeitstabilität der Plastiksolarzelle muß untersucht werden. Denkbare Möglichkeiten wäre das Einbetten der Zellen in optisch durchsichtige Harze oder das Vakuum-Verschweißen der Zellen in Folien. Herstellung von Composite-Materialien von diesen photoaktiven Kunststoffen mit herkömmlichen Kunststoffen wird als Strategie angewandt werden. * ADAPTIERUNG AN DAS SONNENLICHT: Die meisten konjugierten Kunststoffe haben eine Bandlücke von 2 eV und höher. Um die Solarzellen optimal an das Sonnenlicht anzupassen, wird eine Bandlücke von 1,5 eV als ideal angesehen. Die Entwicklung von konjugierten Kunststoffen mit einer kleine Bandlücke wird in internationalen Kooperationen angegangen und solche Materialien werden auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht. * Durch mechanisches Strecken von photoaktiven Kunststoffen eingebettet in herkömmliche Kunststoffe kann man ein relative Ordnung in der Morphologie der Polymerschicht erzeugen. Diese Ordnung bewirkt eine starke Verbesserung der Ladungsträgermobilität und wir erwarten eine Erhöhung der Photostromausbeute. Im Zusammenhang mit Stabilisierungseffekten wird man diese Ordnungseffekte in diesen Composite-Materialen photophysikalisch untersuchen.

Ziel des Forschungsvorhabens: i) Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften organischer Halbleiter und deren Derivate, um das Wirkungsprinzip der Plastiksolarzellen zu verstehen, somit auch das Wissen zu schaffen, das mötig ist, die Effizeinzen dieser Solarzellen zu steigern. ii) Untersuchung der Eigenschaften neuer Materialien auf deren Photophysik und somit deren Anwendbarkeit in Plastiksolarzellen als actives Material. iii) Untersuchung der methodischen Möglichkeiten der Morphologiestudien an diesen photoaktiven Dünnschichten der organischer Halbleiter. Mit dieser Methodik wird beabsichtigt, diese Morphologien auch in späteren Phase zu manipulieren. Da die Morphologie und Ladungsträgermobilität in unmittelbarem Zusammenhang stehen, wird somit eine Möglichkeit eröffnet, die Leitfähigkeit der lichtinduzierten Ladungen zu erhöhen. Wir haben folgende Methoden der photophysiklaischen Untersuchungen angewandt: a.) Photoanregungspectroskopie in UV-VIS-NIR Bereich in Tieftemperatur. b.) Lichinduziertes Elektronenspinresonanz, um lichterzeugte organische Radikale nachzuweisen und zu charakterisieren. c.) Optisch detektierte Magnetresonanz sowie Photoleitfähigkeit detektierte Magnetresonanz für magneto- photophysikalische Charakterisierung der Kompositionen. d.) Photoinduzierte FTIR Spektroskopie für Untersuchung der Gitterrelaxationen mit Ladungen. e.) Elektrochemische in situ Spektroskopie in FTIR und ESR um Radikal-Ionischen Zustände organischer Materialien zu charakterisieren. The project has fulfilled its scientific mission with success. Our understanding of the photophysics of these materials as well as devices has increased enormously and this understanding has lead to organic solar cells with world record power conversion effiencies around 3%, and our scientific success opened up the way to a large publication record, high evaluation of our science internationally and created a critical know-how in our laboratory which is desired and adapted worldwide.