Triplettkonzepte für Organische Photovoltaik: neue Materialien, Solarzellen und Mechanismen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anna Köhler, seit 4/2019
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392306670

Dieses Kollaborationsprojekt zielt darauf ab, hoch-effiziente Materialien für die organische Photovoltaik zu untersuchen, in denen Triplettzustände eine wichtige Rolle spielen. In den meisten momentan eingesetzten Donor-Akzeptorsystemen spielen Triplettzustände kaum eine Rolle: In sogenannten bulk-heterojunction Solarzellen wird ein Photon absorbiert, dieses generiert dadurch einen angeregten Singulettzustand, welcher dann über einen Singulett Charge-Transfer Zustand am Donor-Akzeptor Interface in zwei entgegengesetzte Ladungen separiert. Limitieren sind hier beispielsweise geringe Exzitonendiffusionslängen oder am Interface stattfindende Rekombinationsprozesse. Die Anwendung und Ausnutzung von Triplettzuständen und entsprechenden Triplett Charge-Transfer Zuständen in der organischen Photovoltaik könnten deutliche Verbesserungen versprechen und sollen nun untersucht werden. Um diese zugänglich zu machen, ist geplant, neue triplettaktive Komponenten und konjugierte Materialien für hocheffiziente organische Solarzellen zu synthetisieren. Letztere sollen eine möglichst breite und hohe Lichtabsorption ermöglichen, geeignet gelegene HOMO und LUMO Energieniveaus besitzen, sowie sich durch eine hohe Ladungsträgermobilität auszeichnen. Diese Materialien werden dann dazu verwendet, die Photophysik verschiedener Konzepte zu untersuchen, welche sich Triplettzustände zu Nutze machen. Das sind zum Beispiel Donor/Akzeptor Blends, die mit schwermetallhaltigen Komplexen dotiert werden oder Donormaterialien, die direkt Schwermetallkomplexe enthalten, um Triplettstustände zu besetzen. Ziel ist es, Rekombinationszeiten zu erniedrigen oder bestimmte Rekombinationswege zu verhindern um dadurch eine noch effizientere Ladungsgeneration zu erreichen. Dies sollte beispielsweise möglich sein, wenn Triplett Charge Transfer Zustände zugänglich macht um entsprechende Triplettzuständen auf den Donormaterialien entsprechend hoch liegen.Prof. Tao, Nanjing Tech Universität wird hierzu neue Materialien entwickeln, theoretische Berechnungen dazu durchführen und synthetisieren. Prof. Hüttner, Universität Bayreuth wird dazu die Struktur, Nanomorphologie und optoelektronische Eigenschaften entsprechender Materialien und Blends untersuchen. Beide Gruppen ergänzen sich somit ideal hinsichtlich Synthese, Struktur und Photophysik. Innerhalb dieser Kollaboration versuchen wir so, die Möglichkeit zu untersuchen, sich Triplettzustände zu Nutze zu machen, um die Effizienz in organischen Solarzellen noch weiter zu steigern und erhoffen uns neue Gesichtspunkte in der organischen Photovoltaik zu Beleuchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Youtian Tao
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Sven Hüttner, bis 3/2019