Synthese neuer halbleitender Polymere für den Einsatz in organischen Solarzellen
Für eine nachhaltige Energiegewinnung ist das Umschwenken zu erneuerbaren Energien unabdingbar. Regenerative Energien nehmen in Deutschland bereits einen Anteil von >20 % an der Netto-Stromerzeugung ein, allerdings entfällt davon nur ein geringer Prozentsatz auf Solarstrom. Um diesen Anteil zu steigern und langfristig Alternativen zu fossilen Brennstoffen zu schaffen, müssen nicht nur bereits bewährte Typen von Solarzellen weiterentwickelt werden, sondern auch neue Materialien erforscht und konzipiert werden. Auf Grund der preiswerten und einfachen Prozessierbarkeit von Polymeren haben diese Kunststoffe große Vorteile als lichtabsorbierendes Material in Solarzellen gegenüber den traditionellen auf Silicium basierenden anorganischen Solarzellen. Daher habe mich während meiner Dissertation mit der Synthese und Charakterisierung neuer halbleitender Polymere für den Einsatz in z.B. der organischen Photovoltaik beschäftigt.
Polymere aus dem alltäglichen Leben (wie z. B. PE-Kunststoffe, Teflon®, Plexiglas® oder Nylon®) sind Isolatoren und besitzen eine große Bandlücke. Damit Polymere halbleitende Eigenschaften und eine kleine Bandlücke zeigen, muss die Struktur gewisse Voraussetzungen mit sich bringen. Viele der für organische Solarzellen verwendeten halbleitenden Polymere sind Polyaromaten, die aus Heterolen (wie z. B. dem aromatischen Thiophen) aufgebaut sind. Zur Optimierung der Bandlücke werden dabei oft elektronenreiche mit elektronenarmen Einheiten verknüpft. Ein weiterer Ansatz, die Wirkungsgrade von z.B. organischen Solarzellen zu steigern, ist die Synthese der entsprechenden Kunststoffe über lebende Polymerisationen.
In meiner Dissertation habe ich diese Ansätze verfolgt und hierfür neue Synthesekonzepte entwickelt, wie z.B. die nucleophil-selektiven Kreuzkupplungen. Außerdem ist es zum ersten Mal gelungen, eine elektronenarme Stannol-Einheit (ein Zinn-Kohlenstoff-Heterocyclus) in halbleitende Kunststoffe einzubauen. Hierdurch konnte die Lichtabsorption stark gesteigert werden.