Nass-chemisch prozessierte ladungsträgerselektive Fensterschichten für organische Solarzellen
Ziel des vorliegenden Promotionsvorhabens ist die nass-chemische Herstellung Ladungsträger selektiver Fensterschichten für organische Solarzellen. Diese sogenannten Pufferschichten können positive Auswirkung auf die Effizienz und Lebensdauer der Solarzellen haben. Neben den Herstellungskosten sind dies die kritischen Faktoren für eine erfolgreiche Markteinführung entsprechender Produkte. Organische Solarzellen haben das Potenzial mit bereits vorhandenen Drucktechnologien und im Vergleich zu Silicium-Solarzellen, kostengünstigeren Materialien, herstellbar zu sein. Aufgrund der Möglichkeit die Solarzellen auf leichten und flexiblen Foliensubstraten herzustellen, eröffnen sich außerdem neue Anwendungsfelder im Bereich Consumer Electronics und Gebäudeintegration, so dass die organische Photovoltaik Gegenstand aktueller internationaler Forschung ist. Erste Produkte sind von der Firma Konarka (USA) erhältlich. Die deutsche Firma Heliatek hat in Dresden im März 2012 eine Fertigungsanlage mit einem Investitionsvolumen von 14 Mio. Euro eingeweiht, die organische Solarmodule in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle Verfahren fertigt. Diese Entwicklungen zeigen, dass sich die organische Photovoltaik im Wandel vom reinen Forschungsthema zum kommerziellen Produkt befindet.
Vor diesem Hintergrund werden in dem vorliegenden Promotionsvorhaben nur lösungsmittelprozessierbare Fensterschichten untersucht, um während der Herstellung der Solarzellen mit Ausnahme des Aufdampfens einer der beiden Elektroden auf aufwändige Vakuumprozesse verzichten zu können. Des Weiteren wird während der Arbeit gänzlich auf die Verwendung von Indium-Zinn-Oxid Elektroden verzichtet. Diese transparente Elektrode stellt aufgrund der Seltenheit des Indiums keine nachhaltige Zukunftslösung dar.
Die hergestellten Fensterschichten kommen schließlich in organischen Tandem-Solarzellen zum Einsatz. Dieses Zellkonzept erlaubt es aufgrund mehrerer photoaktiven Schichten einen breiteren Teil des solaren Spektrums zu absorbieren und dadurch die Effizienz der Solarzelle zu erhöhen.
Zeitlich sind zunächst die Synthesen der Fensterschichtmaterialien geplant. Anschließend werden die Pufferschichten mit verschiedenen Methoden (AFM,REM,UV-VIS,Ellipsometrie) charakterisiert. Mit Hilfe von optischen und elektrischen Simulationen werden dann die optimalen Schichtdicken der organischen Tandem Solarzelle berechnet, um schließlich eine Tandemzelle mit lösungsmittelprozessierten Fensterschichten herzustellen.