In dem Bemühen die Energiewende voranzutreiben nimmt die Forschung und Entwicklung im Bereich der erneuerbaren Energien weltweit eine entscheidende Rolle ein. Die doppelte Nutzung großer landwirtschaftlich genutzter Flächen bietet die Möglichkeit zusätzliche relevante Flächen für die klimafreundliche Stromerzeugung mittels Photovoltaik (PV) zu erschließen. Bei der Verwendung von klassischen intransparenten Solarzellen müssen die Module oder die Zellen selbst jedoch auf Abstand installiert werden, um eine Verringerung des Ertrags durch Schatteneffekte zu vermeiden. Damit geht jedoch die Reduktion des Gesamtwirkungsgrades der Photovoltaikanlage einher. Eine effektive doppelte Flächennutzung erfordert daher eine Durchlässigkeit der Solarzellen im sichtbaren Spektrum, welches für das Pflanzenwachstum benötigt wird. Um dies zu erreichen, eignet sich besonders der Einsatz von organischen Halbleitern mit ihren einstellbaren Absorptionseigenschaften.
Mit ihrem schmalbandigen Absorptionsbereich bieten sie dadurch die Möglichkeit, den nahinfraroten Spektralbereich der Sonne effizient in Strom umzuwandeln und gleichzeitig den höherenergetischen, sichtbaren Spektralbereich in signifikantem Maß durch die Solarzelle hindurchzulassen.
Hocheffiziente intransparente organische Solarzellen erzielen mittlerweile Wirkungsgradrekorde im Labormaßstab von 20%, typischerweise mit Absorber-Schichtdicken von nur etwa 100 nm. Eine defektfreie Beschichtung mittels industriell umsetzbarer Druckprozesse erfordert jedoch höhere Schichtdicken von mehr als 200 nm, die dann jedoch mit einer geringeren Transparenz verbunden wären. Dies stellt für den Transfer von der Herstellung im Labor zur großflächigen Produktion und hin zur Anwendung eine zusätzliche Herausforderung dar. Durch einen neuartigen Multikomponentenansatz in der Absorberschicht der Solarzellen soll die notwendige Schichtdicke erreicht werden, ohne dabei den Wirkungsgrad sowie die Transparenz negativ zu beeinflussen. Dabei spielt die Struktur dieser Schicht, die sogenannte Morphologie, die entscheidende Rolle für die Funktionsweise der Solarzelle. Sowohl die Größe der einzelnen Materialphasen, die heterogenen Grenzflächen sowie die vertikale Phasenseparation tragen entscheidend zu einer effektiven Generation und Extraktion der Ladungsträger und dem daraus resultierenden Solarzellen-Wirkungsgrad bei.
Im Fokus der hier angestrebten Arbeit steht daher die Verwendung und Weiterentwicklung von modernsten Methoden zur nanoskaligen Messung der Zusammensetzung und Verteilung der unterschiedlichen Materialphasen innerhalb der Multikomponenten-Schicht. Dadurch soll eine gezielte Optimierung der Schichtmorphologie ermöglicht werden. Zusammen mit der Untersuchung geeigneter Materialkonzepte soll diese Arbeit die Herstellung semitransparenter Solarzellen im Hinblick auf industrielle Beschichtungsverfahren für die Anwendung in der Agri-PV vorantreiben.