Sonderprojekte zwischen Bayern und Florida
Exp. Physics VI
Universität Würzburg
NanoScience Technology Center
University of Central Florida
Kolumnare Leitfähige Polymeraggregate für Effiziente Organische Solarzellen
Einer der aussichtsreichsten Kandidaten für eine groß angelegte wirtschaftliche Stromerzeugung ist die organische Photovoltaikwegen der geringen Kosten für Material und Herstellung sowie die günstige Energiebilanz. Allerdings sind die Wirkungsgrade mit etwa 5% noch recht gering im Vergleich mitanorganischen Solarzellen, und bleiben zudem deutlich hinter den theoretischen Vorhersagen zurück. In der von BaCaTeC finanzierten Zusammenarbeit der University of Central Florida mit der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität Würzburg werden neuartige Polythiophen-basierte organische Halbleiter, im Wesentlichen supramolekulare Strukturen wie kolumnare leitfähige Polymere, synthetisiert. Die Ladungsträgergeneration und der Ladungstransport dieser hochgradig geordneten Systeme werden detailliert untersucht. Organische Solarzellen werden durch das Mischen dieser Donatoren mit geeigneten Elektronakzeptormaterialien hergestellt. Wir erwarteten, eine langfristige wissenschaftliche Zusammenarbeit zu initiieren, welche die Entwicklung von organischen Photovoltaik-Bauteilen mit Wirkungsgraden deutlich über den derzeit erreichten zum Ziel hat.
Abschlussbericht
Aktivitäten
Das BacaTec Projekt „Columnar Conductive Polymer Assembly for Efficient Organic Solar Cells“ betrifft die gezielte Anordnung von Polymer-Nanodrähten in „bulk heterojunction solar cells“. In dem Projekt hat die Gruppe Zhai entsprechende Proben hergestellt: auf regioregulärem Polyalkylthiophenen basierende selbstassemblierende Nanodrähte, die in Dünnschicht prozessiert wurden. In der Gruppe Deibel wurden diese Schichten durch das Aufdampfen von Elektroden zu Bauteilen erweitert und mittels zeitabhängiger Ladungstransportverfahren, insbesondere der Photo-CELIV (charge extraction by linearly increasing voltage) Methode charakterisiert. Dabei hat sich herausgestellt, daß die derzeit prozessierten Nanodrähte noch in die falsche Richtung, parallel zu den Elektroden, nicht wie erwünscht senkrecht dazu, wachsen. Aus diesem Grunde war die gemessene Ladungsträgerbeweglichkeit nicht höher, sondern niedriger als im ungeordneten Referenzmaterial. Auch die Solarzellenmessungen zeigte geringere Wirkungsgrade als bei ungeordneten Vergleichszellen. Erste Ansätze für eine Beeinflussung des Wachstums durch Elektrodenfunktionalisierung, wurden ausprobiert und werden derzeit weiter ausgebaut.
Output
Aus dieser fruchtbaren Kooperation, die auf dem BacaTec-Projekt basiert und sich auch durch einen wissenschaftlichen Besuch von Dr. Deibel in Florida ausdrückte, ist neben für eine wissenschaftliche Publikation geeigneten Daten auch ein Projektantrag „Materials World Network: Charge Transport and Recombination in BHJ-OPVs with Ordered Conjugated Polymer Structures“ von DFG und NSF geworden. Dieser wurde Mitte November zur Begutachtung eingereicht.
Ausblick
Wir hoffen, daß wir die durch das BacaTec-Projekt angestossene Kooperation unter dem Dach von DFG und NSF weiter ausbauen können.