Exploration of novel concepts for organic photovoltaics

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Reineke
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 196341069

In organischen Solarzellen generieren Photonen lokalisierte angeregte Zustände – die Exzitonen – in den photoaktiven Materialien, welche als Quasiteilchen betrachtet werden können. Um diese in Photostrom umzuwandeln, müssen die sie zu einer Grenzfläche zwischen zwei Materialien wandern, wo sie dissoziiert werden. Oft ist die Exzitonen-Diffusionslänge – eine Größe für die Entfernung die ein Exziton in einem Material wandern kann – kleiner als die optischen Absorptionslängen, sodass die Sonnenleistung nicht voll genutzt werden kann. Daher sind die aktiven Materialien typischerweise dünne, nicht völlig absorbierende Schichten.Angeregte Zustände können als Konsequenz verschiedener Spin-Konfigurationen der Elektronen entweder Singuletts oder Tripletts sein. Konventionelle organische Materialien sind fluoreszent, bei denen Singulett-Exzitonen durch Photonen angeregt werden. Die Konversion zu Tripletts ist typischerweise ineffizient, sodass Exzitonen durch Singulett Diffusion transportiert werden. Tripletts wiederum sind sehr langlebig, da ihre Deaktivierung quantenmechanisch verboten ist. Bis jetzt wurden Materialien untersucht, die Singuletts effizient in Tripletts konvertieren, jedoch haben diese einen großen energetischen Abstand, der die Effizienz organischer Solarzellen reduziert.Dieser Antrag befasst sich mit der Erkundung neuartiger photoaktiver Materialien, die Singuletts effizient in Tripletts umwandeln, mit der Folge, dass die Exzitonen-Diffusionslänge größer wird, was höhere externe Quanteneffizienzen ermöglicht. Von gleicher Bedeutung ist, dass diese Interkonversion durch eine kleine Singulett-Triplett-Energielücke erzielt werden soll, sodass der sonst auftretende Energieverlust minimiert wird. Es ist zu erwarten, dass organische Solarzellen durch die beschriebenen Materialien eine deutlich verbesserte Leistungseffizienz haben werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Marc A. Baldo