Hybrid Solarzellen

Im Rahmen des vorgestellten Projektvorhabens, möchten wir organisch-anorganische Mischsysteme anhand ihrer photophysikalischen, insbesondere photovoltaischen Eigenschaften charakterisieren. Ein Vorteil der Mischsysteme besteht darin, dass man die vorzüglichen optischen Eigenschaften von anorganischen Materialien, die bereits für die Photovoltaikindustrie vielversprechend sind, wie zum Beispiel CuInSe2, CuInS2, mit dem Filmbildungsvermögen der Polymere kombiniert. Die Polymere können einfach und kostengünstig aus Lösungen via Drucktechnologien zu großflächigen und flexiblen Schichten verarbeitet werden. Um das Anwendungspotential der anorganischen Nanocluster in solchen Mischsytemen auszuschöpfen, ist es allerdings von entscheidender Bedeutung, die Mischbarkeit der anorganischen Nanopartikel mit halbleitenden Polymeren zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wollen wir zuerst an der Synthese der CuInSe2, CuInS2 Nanoteilchen arbeiten. Während der Synthese wird die Oberfläche der Nanocluster mit organischen Liganden modifiziert, so dass durch die anziehende Wechselwirkung zwischen den organischen Liganden und die umgebende Polymermatrix eine homogene Mischung möglich wird. Außerdem hindert der organische Ligand die Agglomeration der Nanopartikel und schützt sie teilweise gegen Oxidation. Durch gezielte Variation der Syntheseparameter wird die Form und die n-Dotierung der Partikel für photovoltaische Anwendungen optimiert. Die Mischsysteme, bestehend aus n dotierten anorganischen Nanopartikeln eingebettet in p- dotierte halbleitende Polymere, werden anschließend in ihren morphologischen, opto-elektronischen sowie photovoltaischen Eigenschaften untersucht.

Während dieses Projektes, untersuchten wir Hybridsolarzellen mit organischen, halbleitenden Polymere zusammen mit anorganischen Halbleiternanokristallen in Schicht- oder Mischsystemen. Unsere Studien ergaben folgende Resultate: a.) Die photophysikalischen Eigenschaften von Nanopartikeln entscheiden über die Effizienz der Solarzellen. Die rotverschobene Absorption dehnt die Frequenzbandbreite der Solarzellenoperation aus. b.) Die Mischbarkeit von hydrophoben organischen Halbleiterpolymeren mit anorganischen Nanopartikeln ist problematisch. Deswegen sind Nanopartikeln mit kompatibilisierenden Liganden wichtige Voraussetzung für Hybridsolarzellen. c.) Wenn man Nanopartikeln als Farbstoffpigmente für Sensibilisierung in die TiOx Nanopartikelsolarzellen hineingibt, kann man die Effizienz erheblich erhöhen. d.) Wenn man quasi Festelektrolyten benutzt, kann die Effizienz der Hybridsolarzellen sehr erhöht werden, im Vergleich zu den Festkörperhalbleiter-Hybridsolarzellen.