Bauelementarchitekturen für semitransparente organische Solarzellen

Die organische Photovoltaik ist eine aufstrebende Alternative zur derzeit dominanten Silizium-Solarzellentechnologie. Einerseits sind die Wirkungsgrade durch die spektral begrenzte Absorption der organischen Halbleiter eingeschränkt, andererseits ermöglichen sie die Herstellung semitransparenter Solarzellen in fast beliebigen Farben und Transmissionsgraden.

Für den Einsatz in Gebäudefassaden und speziell bei der Integration in Fenster ist ein grauer Farbeindruck der Solarzelle mit bestmöglichen Farbwiedergabeeigenschaften des transmittierten Lichts von großer Bedeutung. Deshalb wurden verschiedene produktionsnahe Konzepte entwickelt, um das Transmissionsspektrum von organischen Solarzellen, und damit ihre Farbe, anzupassen. Dies umfasst das Ausnutzen von Dünnschichtinterferenzen in den semitransparenten Elektroden, das Aufbringen einer Farbfilter-Schicht, die Integration von Farbstoffen in die flüssigprozessierte Elektrode und die Abstimmung der organischen Halbleiter in der photoaktiven Schicht hin zu einer neutralen Farbgebung der Solarzelle.

Um eine kostengünstige Prozessierung der organischen Solarzellen zu gewährleisten, müssen alle funktionalen Schichten der Solarzelle, einschließlich der zur elektrischen Anpassung nötigen Zwischenschichten, aus der Flüssigphase abgeschieden werden können. ... mehrZu diesem Zwecke wurde Wolframoxid aus einem Sol-Gel-Prozess und aus einer Nanopartikel-Dispersion als anodenseitige Zwischenschicht untersucht.

Um auch Photonen außerhalb des Absorptionsspektrums der photoaktiven Schicht für die Ladungsträgergeneration nutzbar zu machen, wurde im Rahmen dieser Arbeit die Methode der Photonen-Upconversion mit organischen Molekülen zum ersten Mal auf organische Solarzellen angewandt. Dazu wurde die Transmission einer semitransparenten, dünnen Silberelektrode optimiert und der Einfluss der Verkapselung auf die Solarzelle untersucht.

Schließlich wurde eine komplett flüssigprozessierte Solarzellen-Architektur entwickelt, die auf einem gedruckten Mikro-Silbergitter in Kombination mit dem hochleitfähigen Polymer PEDOT:PSS und PEDOT:PSS mit dispergierten Silbernanodrähten als Elektroden basiert. Beide Elektroden besitzen eine ausreichende Leitfähigkeit, um auch auf größeren Flächen ohne opake, makroskopische Leitungsnetzwerke auszukommen. Zusammen mit der Optimierung der photoaktiven Schicht konnte ein Wirkungsgrad der semitransparenten Solarzelle von fast 6% auf einer Fläche größer 1 cm² erzielt und eine erfolgreiche monolithische Serienverschaltung einzelner Solarzellen zu einem Mini-Solarmodul gezeigt werden.