Invertierte Organische Solarzellen: Ladungsträgerextraktion und Grenzflächencharakterisierung

Metallorganische Zwischenschichten sollen erforscht werden, um die Ladungsträgerextraktion von organischen Solarzellen zu unterstützen. Im Speziellen sollen auf der Kathodenseite Titanoxid oder Zinkoxid verwendet werden, während Übergangsmetalloxide (engl. transition metal oxide, TMO), wie z.B. Molybdäntrioxid, mit hoher Austrittsarbeit auf der Anodenseite eingesetzt werden können. Das steigende Interesse an diesen Metalloxidzwischenschichten steht einem bislang fehlenden grundlegenden Verständnis der elektronischen Struktur an der Grenzfläche zwischen Metalloxid und der aktiven Donator-/Akzeptorschicht gegenüber. Zudem, ist der Zusammenhang zwischen der elektronischen Struktur und den daraus resultierenden Folgen für die Extraktion von Ladungsträgern nicht geklärt. Das Ziel dieses interdisziplinären Forschungsprojektes ist es, diese Lücke zu schließen. Unsere Untersuchungen wollen wir auf invertierte Polymer:Fulleren Solarzellen fokussieren. Wir werden P3HT:PCBM als Referenzsystem verwenden. Die Ergebnisse der PES-Analysen von Oxid/Organik-Heteroübergängen werden mit den I/U-Kennlinien der entsprechenden unipolaren Bauelemente (Elektron/Loch nur) und der kompletten Solarzellen korreliert. Besonders bedeutsam ist, dass invertierte Solarzellen, welche Elektronenextraktionsschichten auf Basis von Titandioxid verwenden, gewöhnlich transiente I/U-Charakteristiken bei Beleuchtung mit UV-Licht (abhängig von den Umgebungsbedingung (O2, N2, Luft, Vakuum)) zeigen. Um Grenzflächeneffekte von einer einfachen Veränderung der Volumenleitfähigkeit bei Beleuchtung zu separieren, werden wir auch elektrisch dotierte TiO2-Schichten (z.B. mit Nb, Ta, etc.) mit kontrollierter Variation der Ladungsträgerkonzentration berücksichtigen.
Die PSE-Analyse der relevanten Grenzflächen soll die grundlegende Veränderung der elektronischen Struktur an der Grenzschicht Oxid/Organik bei Beleuchtung in Abhängigkeit von der Vorgeschichte aufklären. Durch Korrelation mit I/U-Daten wird ein Verständnis über den Ladungsextraktionsprozess erreicht.

Laufzeit:
01.02.2012 - 31.01.2014

Projektleiter:
Prof. Dr. T. Riedl