Die Physik der Degradation in Organischen, Nanokristall- und Hybrid-Solarzellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Yana Vaynzof
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391347809

Der weltweit steigende Energieverbrauch zwingt uns den Anteil an sauberen und erneuerbaren Eenergiequellen zeitnah weiter zu erhöhen. Organische und kolloidale Nanokristalle (QuantumDots) sowie organische/anorganische hybride Perovskite sind vielversprechende, aus Lösung prozessierbare Materialien für die nächste Generation an Solarzellen. Die einzigartigen Eigenschaften dieser Materialien erlauben die Verarbeitung zu flexiblen, leichten, günstigen und hochgradig effizienten Solarzellen und ermöglichen auf diese Weise neuartige Ansätze. Während die Wirkungsgrade durch intensive Forschung konstant erhöht wurden, bleibt die geringe Stabilität dieser Systeme gegen Umwelteinflüsse die Achillesferse dieser neuen Technologie und verhindert bisher eine breite Anwendung. Die Ursachen und Mechanismen, die für die Instabilität dieser Solarzellen verantwortlich sind, wurden bis heute in nur sehr begrenztem Rahmen untersucht. Die Untersuchung und das Verständnis der physikochemischen Prozesse der Degradation durch Umwelteinflüsse in organischen, Nanokristall- und Hybrid-Solarzellen wird dabei helfen, die industrielle Anwendung dieser Bauteile voran zu treiben und die Entwicklung neuer Materialien und Bauteile mit verbesserten Stabilitäten und längeren Lebenszeiten ermöglichen.In diesem Forschungsvorhaben PROCES werden wir (1) die fundamentalen Ursachen der Degradation in organischen, Nanokristall- und Hybrid-Solarzellen identifizieren; (2) die physikalischen Veränderungen und Folgen der Degradation in den Solarzellen verstehen; (3) sowie deren Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit und elektrische Charakteristik der Bauteile korrelieren und schließlich (4) Strategien entwickeln, um die Stabilität der Materialien und Bauteile zu erhöhen. Diese Untersuchungen werden es erlauben ein fundamentales Verständnis über den Einfluss der Herstellung, Oberflächenchemie und Verwendung in verschiedenen Solarzellbauweisen auf die Stabilität und Degradation der verschiedenen Materialien zu entwickeln. Diese Aspekte und deren Verständnis werden nicht nur zu höheren Lebenszeiten von organischen, Nanokristall- und Hybrid-Solarzellen führen, sondern auch Aussagen und Vorgaben für zukünftige Optimierungen von Solarzellen der dritten Generation zu machen.Dieses 3-jährige ANR-DFG Projekt wird in enger Kooperation zweier Forschungsgruppen an der Universität Heidelberg (Deutschland) und dem Laboratoire de Physique et dEtude des Matériaux (LPEM) an der CNRS/ESPCI-ParisTech/Univeristät Pierre und Marie Curie (Frankreich) durchgeführt. Das Projekt wird auf der Expertise und Kompetenz der beiden Arbeitsgruppen aufbauen, um so eine mutlidisziplinäre Forschung zu ermöglichen. Das kollaborative Projekt wird es den beiden Gruppen ermöglichen, ihre aktuelle Forschungsleistung zu verstärken und die komplexen und interdisziplinären Herausforderungen anzugehen, um so die Stabilität von organischen, Nanokristall- und Hybrid-Solarzellen gegen Umwelteinflüsse zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Zhuoying Chen, Ph.D.