Nano-Energieforschung

Strukturkontrolle molekularer organischer Halbleiter in organischen Solarzellen

Projektleiterin: Jun-Prof. Dr. Manuela Schiek
Kooperationspartner: Prof. Dr. Rüdiger Beckhaus, Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt, Dr. Petra Groß

Typische organische sog. Bulk-Heterojunction (BHJ) Solarzellen bestehen aus einer zufälligen vermischten Donor-Akzeptor-Schicht, die sich zwischen zwei Elektroden befindet. Die Leistungsfähigkeit der Solarzellen hängt ab von: der Wahl des Materials (Ladungserzeugung und –transfer), der Durchmischung und daraus resultierenden Morphologie des Donor-Akzeptor-Systems auf der Nanoskala (Ladungstransport), und auch von Zwischenschichten an den Elektroden (Ladungsextraktion). Molekulare organische Halbleiter sind den polymeren Halbleitern insofern voraus, dass die Struktur auf molekularer Ebene leicht verändert werden kann und dieses sich in den Festkörpereigenschaften widerspiegelt. Eine Funktionalisierung mit z.B. chiralen Seitenketten bringt aufgrund der supramolekularen Anordnung neue Eigenschaften wie Zirkulardichroismus ins System.

Das Projekt zielt auf ein Verständnis des Einflusses von (molekularer) Struktur und Morphologie auf die Eigenschaften der Solarzelle. Als lichterntende Donor-Materialien kommen hier neue Verbindungen der Klasse der Squaraine zum Einsatz in Kombination mit gängigen Akzeptoren auf Fulleren-Basis [1]. Praktisch beinhaltet das Projekt die Herstellung und optoelektronische Charakterisierung von Solarzellen, Untersuchung von Struktur und Morphologie mittels Elektronenmikroskopie (REM, TEM, auch mit speziellen Anwendungen wie Selected Area Diffraction und Electron Energy Loss Spectroscopy), Rasterkraftmikroskopie und Röntgenbeugung. Zusätzlich kann zeitaufgelöste Spektroskopie grundlegendes Verständnis über die Dynamic im System liefern.

[1] S. Brück, C. Krause, R. Turrisi, L. Beverina, S. Wilken, W. Saak, A. Lützen, H. Borchert, M. Schiek, J. Parisi, Structure–property relationship of anilino-squaraines in organic solar cells, Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (2014) 1067.