Open Access

Mark Alexander Gruber

• In dieser Arbeit liegt das Hauptaugenmerk auf den Verlusten, die in organischen Solarzellen zu einer Reduktion des Wirkungsgrads führen. Dazu wird zu Beginn das theoretische Limit für organische Solarzellen hergeleitet, welches einen guten Einblick auf die thermodynamischen Obergrenzen der Kenngrößen einer organischen Solarzelle zulässt. Es können für eine bestimmte Kombination von Donor und Akzeptor die Verluste in jeder charakteristischen Größe abgeschätzt und Konzepte für die Verbesserung erarbeitet werden. Verluste in der Leerlaufspannung stammen aus strahlender und nicht-strahlender Rekombination, wobei die strahlenden Verluste thermodynamisch nicht zu verhindern sind. Doch auch die nicht-strahlende Rekombination fällt in den allermeisten Materialkombinationen ähnlich stark aus, wodurch eine Verbesserung nur in geringem Maße möglich ist. In den vorgestellten Diindenoperylen (DIP)/C60 Solarzellen ist zudem der Kurzschlussstrom der Hauptverlustkanal, weshalb mit unterschiedlichenIn dieser Arbeit liegt das Hauptaugenmerk auf den Verlusten, die in organischen Solarzellen zu einer Reduktion des Wirkungsgrads führen. Dazu wird zu Beginn das theoretische Limit für organische Solarzellen hergeleitet, welches einen guten Einblick auf die thermodynamischen Obergrenzen der Kenngrößen einer organischen Solarzelle zulässt. Es können für eine bestimmte Kombination von Donor und Akzeptor die Verluste in jeder charakteristischen Größe abgeschätzt und Konzepte für die Verbesserung erarbeitet werden. Verluste in der Leerlaufspannung stammen aus strahlender und nicht-strahlender Rekombination, wobei die strahlenden Verluste thermodynamisch nicht zu verhindern sind. Doch auch die nicht-strahlende Rekombination fällt in den allermeisten Materialkombinationen ähnlich stark aus, wodurch eine Verbesserung nur in geringem Maße möglich ist. In den vorgestellten Diindenoperylen (DIP)/C60 Solarzellen ist zudem der Kurzschlussstrom der Hauptverlustkanal, weshalb mit unterschiedlichen Herangehensweisen versucht wurde, diesen zu erhöhen und den Ursprung der Verluste zu ermitteln. Durch die Oberflächen und Volumenanalyse konnte der Einfluss der Morphologie in planaren und hybriden Planar-Mischsystemen auf die Kenngrößen der DIP/C60 Solarzelle identifiziert werden und das Wachstumsverhalten während der Herstellung nachvollzogen werden. Mit dem Einsatz eines DIP-Derivats (Thetraphenyl-Dibenzo-Periflanthen DBP), der Verwendung von C70 statt C60 und der Integration eines Exzitonen-Blockers zwischen Donor und Anode, konnte ohne Veränderung der für das modifizierte Shockley-Queisser Limit wichtigen Größen E_g und E_CT, eine erheblichen Erhöhung des Kurzschlussstroms erreicht werden. Des Weiteren wurde versucht, mit Hilfe von Gitterstrukturen, semi-transparenten Metallelektroden und metallischen Nanopartikeln, die Anregung von Oberflächenplasmonen zur Erhöhung des Kurzschlussstroms zu nutzen. Der Einfluss von Oberflächenplasmonen auf die Molekülorientierung wurde anhand zweier Donor-Materialien überprüft. Dazu wurde ein Vergleich zwischen nahezu stehenden (DIP) und bevorzugt liegenden Molekülen (DBP) herangezogen.…