Halogenierte OPV Materialien - Segen und Fluch?

Die Umwandlung von Sonnenenergie mittels Photovoltaik ist eine der wichtigsten sauberen und erneuerbaren Alternativen zu fossilen Brennstoffen als Energiequelle und damit von hoher Bedeutung im Kampf gegen den Klimawandel. Organische Solarzellen zeigen vielversprechendes Potential als aufstrebende Photovoltaik-Technologie, die durch verschiedene Drucktechniken ressourcen- und kosteneffizient hergestellt werden kann, skalierbar ist und einen geringen CO2-Fußabdruck aufweist. Darüber hinaus verfügen organische Solarzellen über spezielle Eigenschaften wie Flexibilität, geringes Gewicht oder Semitransparenz, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen attraktiv machen, bei denen konventionelle kristalline Silizium- oder Dünnschichtsolarzellen nicht eingesetzt werden können. In den letzten Jahren konnte der Wirkungsgrad organischer Solarzellen auf über 19 % verbessert werden, was vor allem auf neue Absorbermaterialien zurückzuführen ist. Bei der Entwicklung dieser verbesserten organischen Absorber spielte die Integration von Halogenatomen in ihre chemische Struktur eine Schlüsselrolle. Die Stabilität dieser halogenierten Materialien in den Solarzellen ist noch kaum untersucht, jedoch gibt es Hinweise auf eine Anreicherung von Fluor an den Grenzflächen zu Zwischenschichten und Elektroden, wahrscheinlich aufgrund einer teilweisen Dehalogenierung. Derzeit mangelt es noch an genauerem Wissen über dieses Phänomen in der organischen Photovoltaik und seine Auswirkungen auf die Leistung der Solarzellen. Um das volle Effizienz- und Stabilitätspotenzial organischer Solarzellen auszuschöpfen, müssen daher noch eine Reihe wissenschaftlicher Herausforderungen in Bezug auf die Eigenschaften der Absorbermaterialien und ihre Integration in die Solarzellenarchitekturen bewältigt werden. Dieses Forschungsprojekt wird durch einen interdisziplinären Ansatz Aspekte der Materialchemie, Bauteilphysik und der Charakterisierung im Nanobereich mittels analytischer Elektronenmikroskopie und röntgenspektroskopischer Techniken abdecken. Dabei werden die Halogenakkumulation, die beteiligten Materialien, Reaktionen und Prozesse sowie deren Auswirkungen aufdie Absorbermaterialien, Grenzflächen und Solarzelleneigenschaften analysiert. Diese Untersuchungen werden die Grundlage für ein umfassendes Verständnis möglicher Reaktionen halogenierter Absorbermaterialien unter verschiedenen Bedingungen, denen eine Solarzelle im Betrieb ausgesetzt ist, bilden. Auf dieser Basis werden weiterführend Strategien zur Verhinderung der Dehalogenierung und Designansätze für organische Absorbermaterialien der nächsten Generation ausgearbeitet. Die Ergebnisse dieser Forschung können auch zur Wahl neuer Zwischenschichtmaterialien für organische Solarzellen führen, was wiederum ihren Wirkungsgrad und ihre Langzeitstabilität weiter steigern kann.