Bauteilarchitekturen für druckbare organische Solarzellen

Die organische Photovoltaik hat das Potential, bisher nicht erschlossene Flächen wie Glasfassaden, Autodächer oder Oberflächen mobiler Anwendungen photovoltaisch zu nutzen. Die Herstellung organischer Solarzellen mit Druckprozessen erlaubt eine vielseitige Konfiguration der Bauteile hinsichtlich des verwendeten Substrats, der Form, Farbe und Transparenz.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden druckbare Elektrodensysteme und Bauteilarchitekturen entwickelt, die Druckprozesse erst ermöglichen. Die meisten in dieser Arbeit vorgestellten Bauteile wurden mit einem Rakelprozess und an Luft hergestellt, sodass die Prozesse auf industrielle Beschichtungsverfahren übertragen werden können.
Zu den untersuchten Elektrodensystemen gehört einerseits eine metallorganische Dekompositionstinte, die nach Erhitzen eine opake Silberschicht auf Glas- und PET-Substraten bildet. Die in dieser Arbeit entwickelten semitransparenten Elektroden basieren vorrangig auf leitfähigem PEDOT:PSS, für das in Kombination mit Silbergittern oder Silbernanodrähten eine ausreichend hohe Transparenz und Leitfähigkeit für die Anwendung in der organischen Photovoltaik gemessen wurde. ... mehrAls Referenzelektrode wurde Indiumzinnoxid (ITO) verwendet. Verschiedene Kombinationen der Elektroden in Verbindung mit einer Absorberschicht bestehend aus einem luftstabilen Polymer der PBTZT-stat-BDTT-8-Familie und einer Fullerenmischung aus $\textit{PC$_{61}$BM}$ und $\textit{PC$_{71}$BM}$ brachten eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile hervor. Photoaktive Flächen von über 20 cm2 wurden durch die monolithische Verschaltung einzelner Solarzellen zu Solarmodulen erreicht.
Semitransparente ITO-basierte Solarmodule dieser Größe erreichten eine Tageslichttransmission von 20% und einen Wirkungsgrad von 5%. Vollständig druckbare opake Module erzielten 3,6% Wirkungsgrad auf Glassubstraten und 2,9% auf PET-Substraten. Die Kombination zweier identischer Elektrodensysteme aus PEDOT:PSS und Silbernanodrähten für die oberen und unteren Elektroden semitransparenter Solarzellen ermöglichte die Herstellung effizienter und mechanisch robuster Bauteile mit ästhetischem Anspruch.
Die vorliegende Arbeit untersuchte schließlich die Herstellung nanopartikulärer Tinten aus unterschiedlichen photoaktiven Halbleitern, um zukünftige Druckprozesse nicht nur kostengünstig sondern auch umwelt- und gesundheitsschonend zu gestalten. Die elektrische Dotierung der Nanopartikel ermöglichte eine reproduzierbare Langzeitstabilisierung der nanopartikulären Tinten.