Composite conjugated polymer/fullerene films : structure-property relation

Zhokhavets, Uladzimir GND

Plastiksolarzellen stellen aufgrund ihrer niedrigen Produktionskosten, Flexibilität und niedrigem Gewicht eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen, auf anorganischen Materialien basierenden Solarzellen, z. B. Silizium, dar. Momentan wird die Vermarktung durch die relativ geringe Effizienz im Vergleich zu den sehr häufig eingesetzten Siliziumsolarzellen behindert. Um das Funktionsprinzip der Plastiksolarzellen zu verstehen und die Effizienz zu steigern, müssen Informationen über die Struktur der Absorberschicht gewonnen werden. Speziell der Zusammenhang zwischen dem strukturellen Aufbau der Absorberschicht und deren optischen und elektrischen Eigenschaften ist von herausragender Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Zusammenhang zwischen den strukturellen und optischen Eigenschaften sowie dem Ladungsträgertransport von konjugierten Polymer/Fulleren-Kompositschichten zu untersuchen, die als Absorberschichten in Plastiksolarzellen verwendet werden. Wir haben damit begonnen, mittels Röntgen- Diffraktometrie und Spektralellipsometrie reine Polythiophen-Schichten zu untersuchen. Die Ergebnisse beider Methoden zeigen, dass sich auf der Oberfläche des Substrates zunächst eine hoch geordnete Polythiophen-Grenzschicht ausbildet. Danach findet man für das Polythiophen über der geordneten Grenzschicht eine stetige Zunahme der Unordnung mit steigendem Abstand zum Substrat. Des Weiteren wurden die für das Schichtwachstum wichtigen Parameter ermittelt und der Zusammenhang zwischen der anisotropen Ladungsträgerbeweglichkeit und der Schichtstruktur demonstriert. In einem nächsten Schritt wurden Polythiophen/Fulleren-Kompositschichten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Tempern der Kompositschichten zur Ausbildung der Polythiophenkristalliten führt. Ursache hierfür ist die verstärkte thermische Diffusion von Fullerenmolekülen während des Temperprozesses. Die Ausbildung von Polythiophenkristalliten hat zur Folge, dass die Absorption im sichtbaren Spektralbereich verstärkt wird. Die festgestellte Erhöhung des Wirkungsgrades von getemperten Polythiophen/Fulleren-Solarzellen nach dem Tempern wird durch die verbesserte Absorption und die gestiegene Ladungsträgerbeweglichkeit erklärt.

Conjugated polymer/fullerene based plastic solar cells represent an exciting alternative to inorganic ones because of their low production costs, flexibility and low weight. At present, commercialisation of plastic solar cells is limited due to their relatively low efficiency in comparison to silicon ones. In order to understand the operation of plastic solar cells and to increase their efficiency, more information about structure of absorber layer is needed. Especially the connection between structure and properties of the absorber layer is of great importance. The aim of this work was to study the correlation between structural, optical and transport properties of conjugated polymer/fullerene films, which are used as absorber layer in plastic solar cells. We start by investigation of pristine polythiophene films. From X-ray diffraction and spectroscopic ellipsometry studies it follows, that the polythiophene films consist of a highly ordered interface layer. After this interface layer the order of the polymer drops off with increasing distance from the substrate. The decisive for growth of the film parameters were established. A correlation between the anisotropic charge carrier mobilities and the film structure was shown. After this, the polythiophene/fullerene films were investigated. We found, that annealing of such films supports the formation of polythiophene crystallites due to enhanced diffusion of fullerene at elevated temperatures. The crystallisation of polythiophene leads to an increased optical absorption in visible region due to stronger interchain interaction between polythiophene molecules. The observed increase of the efficiency of the polythiophene/fullerene solar cells after annealing was explained by improved optical absorption together with improved hole mobility.

Zitieren

Zitierform:

Zhokhavets, Uladzimir: Composite conjugated polymer/fullerene films. structure-property relation. 2005.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Export