TU Chemnitz Durchbruch in Physik: Verständnis des Ladungstransports in organischen Solarzellen
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16. Juni 2023, 09:51 Uhr
Die Weiterentwicklung von Solarzellen spielt für Entwicklung ressourceneffizienter erneuerbarer Energien eine wichtige Rolle. Ein interdisziplinäres Team unter Leitung von Prof. Dr. Carsten Deibel von der Technischen Universität Chemnitz arbeitet an der Entwicklung von Solarzellen aus neuartigen organischen Halbleitern, die durch etablierte Druckverfahren oder effiziente Aufdampfverfahren hergestellt werden können.
Den Forschenden ist es nun gelungen den Ladungstransport in diesen organischen Solarzellen zu verstehen. Das Team hat verschiedene Typen der organischen Solarzellen hergestellt, analysiert und dabei erstmals die "elektronische Defektlandschaft" aufgedeckt. Dies gelang durch empfindliche Messungen der Leerlaufspannung der organischen Solarzellen.
Eine Möglichkeit die energetische Landschaft der organischen Solarzellen zu beschreiben ist die Zustandsdichte. Bei ihren Analysen stellten die Forschenden fest, dass die Zustandsdichte der organischen Solarzellen eine Form hat, die nicht – wie bisher angenommen – durch eine Gauß- oder Exponentialverteilung beschrieben werden kann, sondern durch ein Potenzgesetz. "Das bedeutet, dass im Gegensatz zu älteren Modellen kleinere Leerlaufspannungen in den Solarzellen in einem energetischen Bereich liegen, in dem es mehr Fallen gibt", so Maria Saladina von der TU Chemnitz. Das beeinflusst den Transport der Elektronen. Durch die Fallen werden Elektronen und Löcher, die in organischen Halbleitern durch Sonnenlicht erzeugt werden, eingefangen und das führt zu einem langsameren, aber nicht geringerem Stromfluss. "Erfreulicherweise ist unter Arbeitsbedingungen organischer Solarzellen bei Raumtemperatur unter Sonnenlichteinstrahlung die Leerlaufspannung höher und die Zustandsdichte enthält dort weniger Fallen", so Saladina weiter.
Obwohl diese Erkenntnisse ein Durchbruch in der Physik sind, haben sie laut den Forschenden nur Auswirkungen auf die theoretische Beschreibung organischer Solarzellen. Für die Studienautoren und Autorinnen gibt es aber grundsätzlich kein Hindernis für die Herstellung hocheffizienter organischer Solarzellen durch Druck- oder Aufdampftechnologien. Massenproduktionstaugliche Herstellungsmöglichkeiten sind also nicht ausgeschlossen. Die Studie erschien in der renommierten Fachzeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlicht.
