Doping für Solarzellen
5 October 2011 - UNI-MUENCHEN
Neues Verfahren verbessert Ladungsträger-Bildung
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Organische Solarzellen bestehen aus organischen Molekülen, mit deren Hilfe aus Licht Strom erzeugt wird. Als erneuerbare Energiequelle gehören organische Solarzellen zu den umweltfreundlichen Zukunftstechnologien, in die große Hoffnungen gesetzt werden. Allerdings liegt der Wirkungsgrad organischer Solarzellen bisher noch weit unter dem von Solarzellen aus anorganischen Halbleitern. Einem Team um Enrico Da Como und Professor Jochen Feldmann, dem Leiter des Lehrstuhls für Photonik und Optoelektronik der LMU, gelang es nun, die elektrischen Eigenschaften eines organischen Halbleiters entscheidend zu verbessern. Damit Strom fließen kann, bestehen organische Solarzellen im Prinzip aus zwei Komponenten: Meist sind dies ein Polymer, das bei Lichteinfall Elektronen abgibt, und ein sogenanntes Fulleren, das die Elektronen aufnimmt und weiterleitet. Da Como und Feldmann, die auch dem Exzellenzcluster ,,Nanosystems Initiative Munich" (NIM) angehören, untersuchten diesen Ladungstransfer und gewannen so neue Einblicke in die Dynamik der physikalischen Prozesse: ,,Um die Effizienz optischer Solarzellen zu erhöhen, müssen wir den Ladungstransfer an der Grenze zwischen Polymer und Fulleren verstehen und optimieren", erklärt Da Como. Normalerweise entsteht beim Ladungstransfer als Zwischenstadium ein sogenannter Exciplex, bei dem die Ladung auf benachbarte Moleküle aufgeteilt ist. Mithilfe einer einzigartigen Kombination verschiedener spektroskopischer Methoden konnten die Wissenschaftler die Rekombination dieses Zustandes untersuchen, welche einen Verlustkanal darstellt und damit die Effizienz der Umwandlung von Licht in elektrische Energie senkt. ,,Wir konnten nun nachweisen, dass durch den Einbau bestimmter zusätzlicher Moleküle in das Polymer - sogenanntes Doping - die Bildung von Exciplexen vermindert und die Bildung getrennter Ladungsträger gesteigert werden kann", sagt Da Como. Dies ist ein für die Physik von Ladungstransfers in organischen Halbleitern völlig neues Konzept, das wegweisend sein könnte, um zukünftig die Effizienz von organischen Solarzellen zu verbessern. In Prototypen organischer Solarzellen untersuchen die Wissenschaftler bereits, inwieweit sich das neue Konzept in der Praxis umsetzen lässt und wie sich das Doping auf deren Morphologie und Leitfähigkeit auswirkt.
Das Projekt wurde im Rahmen des Schwerpunktprogrammes 1355 (Elementarprozesse der Organischen Photovoltaik) von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. (göd)
Publikation:
,,Reduced Charge Transfer Exciton Recombination" in Organic Semiconductor Heterojunctions by Molecular Doping.
F. Deschler, E. Da Como, T. Limmer, R. Tautz, T. Gödde, M. Bayer, E. von Hauff, S. Yilmaz, S. Allard, U. Scherf, J. Feldmann.
Physical Review Letters 107, 127402 (2011)
Doi: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.127402
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