Neue Werkstoffe für organische Photovoltaik
Wie starke Elektronenempfänger werden Perylen-Diimiden (PDI) verbreitet als Polymerempfänger für Solarzellen mit polymerem Bulk-Heteroübergang (BHJ, bulk heterojunction) verwendet. Es gibt jedoch eine kleine Anzahl an PDI-basierten Werkstoffen, die synthetisiert und als fotoaktive Komponenten verwendet wurden. Das EU-finanzierte Projekt "Preparation and application of new n-type, electron acceptor materials in organic solar cells" (DAMASCO) entwickelt und testet neue elektronenempfangende Moleküle und Polymere, um effiziente BHJ-Zellen zu erhalten. Das Projekt zeigt die hohe chemische Vielseitigkeit von PDI, in dem es Substituentengruppen in die Diimid- oder Bay-Positionen einführt. Wissenschaftler haben bereits eine Reihe von PDI-basierten Molekülen mit unterschiedlichen miteinander verbundenen aromatischen Ringen in den Bay-Positionen entwickelt. Die neuen PDI-basierten Werkstoffe wurden im Hinblick auf ihre optischen und elektrochemischen Eigenschaften vollständig charakterisiert. Ihre höchsten und niedrigsten besetzten Molekularorbitalenergielevel erwiesen sich als zur Verwendung als Empfänger in Mischungen mit einem bestimmten vollständig leitfähigen Werkstoffe (Polythiophene, PH3T) als geeignet. Darüber hinaus zeigte ein Rückgang der Photolumineszenzintensität in diesen Mischungen, dass ein fotoinduzierter Ladungsübertragungsprozess zwischen PH3T und PDI stattfindet. Es wurden Energieumwandlungseffizienzen von bis zu 1 % erreicht, was eines der besten Ergebnisse für BHJ-Solarzellen mit PDI/PH3T als Aktivschicht darstellt. Zudem konzentrierten sich die Forscher auf die Entwicklung anderer elektronenempfangender Werkstoffe und das Synthetisieren von PDI-Dimeren und Polymeremfängern unter Verwendung von unterschiedlichen Donatoreinheiten. DAMASCO trägt durch die Konstruktion neuer fotoaktiver organischer Werkstoffe entscheidend zum Feld der polymerbasierten Solarzellen bei. Nichtsdestotrotz muss der weiteren Steigerung der Energieumwandlungseffizienz sowie der Verbesserung der Lebensdauer noch viel Arbeit gewidmet werden, um eine kostengünstige Produktion zu ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Organische Photovoltaik, Elektronenempfänger, Perylen-Diimiden, Polymer, Bulk-Heteroübergang, Polythiophene
