FOR 5387:  Gedruckte & stabile organische Photovoltaik mit Nicht-Fullerenakzeptoren

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Chemie ; Maschinenbau und Produktionstechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461909888

Das Ziel der Forschungsgruppe POPULAR ist es, gedruckte effiziente organischen Solarzellen auf der Basis von Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFAs) zu untersuchen. Während das Drucken von photovoltaischen Bauelementen in der Regel durch eine industriell ausgerichtete Entwicklung mit Blick auf die Kommerzialisierung erfolgt, sind wir davon überzeugt, dass die Auswirkungen des Druckens auf die Filmbildung und die spezifische Mikrostruktur organischer Solarzellen eine detaillierte grundlegende Untersuchung verdient: Unser gemeinsamer theoretischer und experimenteller Ansatz zielt darauf ab, ein tiefes Verständnis der Funktions-Eigenschafts-Beziehungen zu erlangen. Wir werden zunächst im Tiefdruckverfahren die photoaktive Schicht der Solarzellen aus verschiedenen Donator-Akzeptor-Kombinationen unter systematisch variierten Prozessbedingungen herstellen. Zunächst drucken wir nur die aktive Schicht und scheiden die anderen Schichten durch Spin-Coating und thermisches Aufdampfen ab. Danach werden wir vollständig gedruckte Bauelemente prozessieren. Im Labormaßstab hergestellte, schleuderbeschichtete Bauelemente mit derselben Schichtstruktur dienen als Referenz. Wir werden unsere Studie insbesondere auf die Photophysik, die optischen Eigenschaften und die Energetik in Abhängigkeit von der Nanomorphologie fokussieren. Diese Informationen werden mit den unter Arbeitsbedingungen gemessenen Prozessen der Photogeneration und Rekombination verknüpft und mit Hilfe von numerischen Bauteilsimulationen modelliert. Wir werden vielversprechende, kommerziell erhältliche NFAs verwenden, um die Druckprozesse zu etablieren und die Solarzellenarchitektur auszuwählen. Später werden neuartige Donator-NFA-Multiblock-Ko-Oligomere mit monodispersen Segmenten vordefinierter Länge - die in dieser Forschungsgruppe synthetisiert werden - in gedruckte Einkomponentensolarzellen integriert, um eine thermodynamisch stabile lamellare Morphologie zu erhalten. Ein wichtiger Aspekt unserer Forschung ist die intrinsische Stabilität zu untersuchen, welche die Performance der Solarzellen limitiert, und Wege zu finden die Degradation zu minimieren. Mit unserem kombinierten, komplementären Ansatz erwarten wir tiefe Einblicke in die Funktions-Eigenschafts-Beziehung neuartiger, gedruckter Solarzellen erlangen zu können. Gleichzeitig werden wir das Druckverfahren weiterentwickeln, um die beste photovoltaische Leistung zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Großbritannien

Projekte

• Einfluß der Morphologie auf die Verlustmechanismen in gedruckten Solarzellen (Antragsteller Deibel, Carsten )
• Inhomogenitäten in Zusammensetzung und elektronischer Struktur in gedruckten Nicht-Fulleren-Solarzellen und ihre Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit und Stabilität der Bauelemente (Antragstellerin Vaynzof, Yana )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Deibel, Carsten )
• Korrelation von elektronischen und optischen Eigenschaften von Materialien in gedruckten organischen Solarzellen (Projekt 7) (Antragsteller Zahn, Dietrich R. T. )
• Lebensdauer-relevante Interaktion von Materialien und Druckprozessparametern (Antragsteller Hübler, Arved C. )
• Multiblockcopolymere mit einstellbaren und monodispersen Segmenten und thermodynamisch stabiler lamellarer Morphologie für Fulleren-freie Solarzellen (Antragsteller Sommer, Michael )
• Nanoskalige Charakterisierung, Homogenität und Stabilität von gedruckten Solarzellen (Antragstellerin Herzig, Eva M. )
• Optoelektronische Charakterisierung von gedruckten organischen Solarzellen (Antragstellerinnen / Antragsteller Neher, Dieter ;  Shoaee, Safa )
• Phasenfeldmethoden, Parameteridentifikation und Prozessoptimierung (Antragsteller Herzog, Roland ;  Pietschmann, Jan-Frederik ;  Stoll, Martin )
• Separation von mikrostruktur-bedingten und photo-induzierten Degradationsmechanismen in NFA basierten organischen Solarzellen (Projekt 9) (Antragsteller Brabec, Christoph J. )

• Sprecher: Professor Dr. Carsten Deibel