Stabilität der aktiven Schicht organischer Solarzellen anhand des Modellsystems PCPDTBT:PC(60)BM

Abstract

Solarzellen auf Siliziumbasis sind heutzutage weit verbreitet und aus vielen Stadtbildern nicht mehr wegzudenken. Während des letzten Jahrzehnts hat sich jedoch auch die Forschung an organischen Halbleitermaterialien intensiviert. Diese Materialien bieten komplementäre Eigenschaften zu der Silizium-basierten Technologie. So weisen sie neben mechanischer Flexibilität und niedrigen Produktionskosten durch die Herstellung der Solarzellen aus Lösung niedrige Produktionstemperaturen und schnelle Produktionsmethoden wie Drucken der Polymerlösung auf. Jedoch liegen die Wirkungsgrade dieser Solarzellen lediglich bei ca. 10 % und deren Lebensdauern bestenfalls bei einigen Jahren. Um eine signifikante Verlängerung der Lebensdauern zu erreichen, ist eine detaillierte Kenntnis der Degradations-Ursachen sowie -Mechanismen unerlässlich. Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung der intrinsischen Stabilität der aktiven Schicht einer organischen Solarzelle, die auf dem „low band-gap“ Polymer PCPDTBT basiert. Mittels FTIR-Spektroskopie wird die Produktentwicklung während der Photo-Oxidation der Materialien untersucht, während die Verfolgung dieses Prozesses mit Hilfe von UV/Vis- sowie Fluoreszenz-Spektroskopie Informationen über den zugrunde liegenden Degradationsmechanismus liefert. Neben der Untersuchung der intrinsischen Stabilität der aktiven Schicht ist die Erforschung flexibler Verkapselungen ein weiterer Stützpfeiler zum Erreichen langer Lebensdauern. Ebenfalls Inhalt dieser Arbeit war die Entwicklung einer auf Fluoreszenzquenching basierenden Methode zur schnellen und zuverlässigen Quantifizierung der Sperreigenschaften von Polymerfolien gegenüber Sauerstoff. Eine zuverlässige Verkapselung der Solarzelle beinhaltet jedoch ebenfalls die Verklebung der Barrierefolie mit der Solarzelle. Daher wurde Äquivalent zur Quantifizierung der Sperreigenschaften der Barrierefolien wurde eine Methode entwickelt, die es erlaubt, Wasserdiffusion durch den Klebstoff zu quantifizieren.