Organische Solarzellen

Durch den ständig steigenden Bedarf an elektrischer Energie und das Bestreben diese aus Sonnenlicht zu gewinnen hat die Forschung an weiteren, die Siliziumtechnik ergänzenden, Solarzellentechniken erheblich zugenommen. Eines dieser Konzepte umfasst die sogenannte organische Solarzelle, bei der auf Kohlenstoff basierende, also organische, Moleküle und Polymere als aktive Materialien zur Energieumwandlung eingesetzt werden.

Besonders interessant sind organische Solarzellen aufgrund ihrer guten Anpassbarkeit an den gewünschten Einsatzzweck. So lassen sich neben sehr leichten und flexiblen Zellen, die auf Folien aufgebracht werden und so die Anbringung auf gekrümmten Oberflächen wie Autos erlauben, auch teiltransparente Zellen realisieren, die die Funktion eines energieumwandelden Fensters übernehmen können.

Für den inneren Aufbau organischer Solarzellen gibt es zwei grundlegende Konzepte. Zum einen die Zweischicht-Heterostruktur, bei der Donator und Akzeptor getrennte Schichten mit einer gemeinsamen Grenzfläche bilden sowie die Bulkheterostruktur (engl. bulk heterojunction, BHJ), bei der Akzeptor und Donator miteinander vermischt sind. In unserer Arbeitsgruppe untersuchen wir den Einfluss neuartiger Donator und Akzeptormaterialien auf die Effizienz von Solarzellen mit Bulkheterostruktur. Als Donatormaterialien setzen wir dabei auf Polythiophenederivate, die sich in den letzten Jahren als die vielversprechendsten Kandidaten herausgestellt haben. Bei den Akzeptoren sind Fullerene derzeit die gebräuchlichen Standardmaterialien, jedoch hat sich in letzter Zeit gezeigt, dass es weitere, sehr vielversprechende Materialien gibt, die das Potential dazu haben, Fullerene als Standard zu verdrängen. Besonders herausragend sind die von uns favorisierten Perylenderivate, welche eine deutlich stärkere Absorption als Fullerene zeigen, gleichzeitig eine hohe Leitfähigkeit aufweisen und zudem durch Funktionalisierung noch besser an den gewünschten Solarzellentyp angepasst werden können.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung von Konzepten für ein hocheffizientes Lichtmanagement inner- und außerhalb der Solarzellen. Das bedeutet, dass nicht nur darauf geachtet wird, dass in der Zelle möglichst stark absorbierende Materialien eingesetzt werden, sondern das Licht zum einen auch möglichst effizient in die Zelle eingekoppelt wird und zum anderen in der Zelle so umverteilt wird, dass die Ausbeute an umgewandelter Energie maximiert wird.