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07.11.2011

Höhere Effizienz bei organischen Solarzellen

Durch die molekulare Selbstorganisation von P3HT-Polymeren und die Verwendung von Silizium als Elektronenakzeptor kann die Effizienz der Ladungstrennung in organischen Halbleitern wesentlich verbessert werden. Dies ist das Ergebnis eines gemeinsamen Forschungsprojekts der TU München, der LMU München und der Universität Bayreuth. Ein weltweit einmaliger, auf Lasersystemen basierender Versuchsaufbau ermöglichte es dabei, die photoinduzierten Prozesse in extrem hoher Zeitauflösung von 40 Femtosekunden zu untersuchen.

In organischen Solarzellen werden durch die primäre Photoanregung Elektronen vom Polymer-Molekül auf den Elektronenakzeptor übertragen, während in den Polymeren positiv geladene Fehlstellen entstehen. Da sich Elektron und Fehlstellen durch die Coulomb-Kraft gegenseitig anziehen, müssen sie relativ mobil sein, um sich zu trennen und einen Stromfluss zu erzeugen.. Die Forscher entdeckten, dass die Coulomb-Kraft besonders leicht überwunden werden kann, wenn das organische Material eine geordnete molekulare Struktur hat. In den Untersuchungen wurde das Polymer P3HT verwendet – ein Polythiophen, bei dem sich in der Hauptkette Ringe aus vier Kohlenstoffatomen und einem Schwefelatom befinden. In zahlreichen Experimenten ermittelten die Forscher, wie die P3HT-Polymere für die Solarzellen behandelt werden müssen, damit sie ihre Tendenz zur geordneten Selbstorganisation voll entfalten.

Eine wesentliche Rolle bei diesen Untersuchungen spielt das Silizium, das die Elektronen aufnimmt. Bisher wurden in organischen Solarzellen meist kugelförmige Kohlenstoffmoleküle („Fullerene“) als Elektronenakzeptor verwendet. Die Fullerene erschweren jedoch die Forschungsarbeiten mit Laserlicht, da sich ihre Signale mit denen des Polymers überlagern. Dieses Problem kann durch die Verwendung von Silizium gelöst werden. Zudem lässt sich mit Silizium ein deutlich größerer Teil des Sonnenspektrums für die Stromproduktion nutzen.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

Universität Bayreuth
Lehrstuhl für Experimentalphysik


LMU München
Fakultät für Physik


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