Evaluation und Charakterisierung lokaler Defekte in organischen optoelektronischen Bauelementen mittels bildgebender Verfahren und Simulationen

Fluhr, Daniel GND

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Defekten und deren Dynamik, die lokal in der Energiekonvertierungsfläche von Solarzellen auftreten. Ziel war es eineindeutige Erkennungsmerkmale für unterschiedliche Defekttypen aufzustellen und die Erscheinungsbilder der Defekte in Bildgebende Messmethoden besser zu verstehen. Die Defekte wurden dazu sowohl experimentell untersucht als auch durch Simulationen rekonstruiert. Besonderes Augenmerk lag auf der Untersuchung der zeitlichen Entwicklung des "dark spot" Defektes. Zum Einsatz kamen Bildgebende Elektrolumineszenz (ELI), Lichtinduzierte Strom Kartografierung (LBIC) und Loch-in Wärmebilder (DLIT). Diese Methoden lassen ortsaufgelöste Aussagen über die Proben zu. Elektrische Schaltkreissimulationen wurden eingesetzt, um den Signal-Verlauf der bildgebenden Messmethoden zu reproduzieren. Abschließend wurde betrachtet, inwieweit es möglich ist, durch eine Kombination von zwei bildgebenden Verfahren (ELI und LBIC), ortsaufgelöst Rückschlüsse auf quantitative Größen ziehen zu können. Dazu wurden diese beiden komplementären Messmethoden durch eine gemeinsame Auswertung kombiniert. Es zeigt sich, dass die dynamische Entwicklung des "dark spot" Defekts durch ein Diffusionsmodell beschrieben werden kann. Die weiterentwickelten elektrischen Schaltkreissimulationen bieten die Möglichkeit, die Signalverläufe von ELI, LBIC und DLIT im Umfeld der lokal auftretenden Defekte beschreiben zu können. In Verbindung mit den experimentellen Ergebnissen ist es möglich, Kombinationen verschiedener Messsignale aus mehreren bildgebenden Methoden mit unterschiedlichen Defekttypen zu verknüpfen. Die kombinierte Auswertung der Messsignale ermöglicht Aussagen über die lokalen Serien- und Parallelwiderstände der Zellen. Diese Erkenntnisse ermöglichen eine Qualitätskontrolle basierenden auf bildgebenden Messverfahren. Die in der Arbeit entwickelten und modifizierten Methoden lassen sich sowohl auf organische als auch auf andere Solarzellentypen sowie flächige organische Leuchtdioden anwenden.

This work investigates the defects and there dynamic of solar calls. These defects are located within the active area of the cell. The first aim was to identify a biunique relation between defects and there appearance within multiple measurements. Another aim was to improve the understanding of the combined measurement results. The defects were investigated experimentally and by simulation. The dynamic of dark spots as one type of defect was investigated extensively. Used methods during the work were electroluminescence imaging (ELI), light beam induced current (LBIC) and dark lock-in thermography (DLIT). These measurement give images of the sample. In addition, electric circuit simulations calculated the images of the signal of the imaging methods. Finally, a combination of ELI and LBIC was used to extract local electrical parameters from the cell by co-evaluation. The results for the dynamic of the dark spots show that a diffusion model is a suitable solution. The results of the improved electric circuit simulation represent the signals of ELI, LBIC and DLIT for the defect case. The combination of the experimental results and simulations allow for a biunique relation between a type of defect and a set of imaging results. The co-evaluation of ELI and LBIC results in values for the local parameters of series resistance and parallel resistance. The work's results allow for a quality control based on imaging methods. The developed and modified methods presented can be used for organic or inorganic solar cells as well as organic light emitting diodes.

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Fluhr, Daniel: Evaluation und Charakterisierung lokaler Defekte in organischen optoelektronischen Bauelementen mittels bildgebender Verfahren und Simulationen. Ilmenau 2019.

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