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Projekt
Spannungs- und dehnungsresistente Polymersolarzellen: Auf dem Weg zu hoher Flexibilität
Antragsteller
Privatdozent Dr. Harald Hoppe; Privatdozent Dr. Martin Presselt
Fachliche Zuordnung
Polymermaterialien
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455748945
Die Stabilität von Polymer-Solarzellen, in denen mindestens eine Komponente der photoaktiven Schicht ein konjugiertes Polymer ist, wird oft in Abhängigkeit vom Beleuchtungsspektrum, Temperatur(zyklen), Feuchtigkeit und Einfluss von Reaktanden wie Sauerstoff und Wasser untersucht. Darüber hinaus ist eine langzeitstabile Durchmischung von Elektronen-Donatoren und -Akzeptoren wesentlich, was einer morphologischen Stabilität entspricht. Für potentielle Anwendungen sind insbesondere die flexiblen Eigenschaften von organischen Solarmodulen wichtig, was jedoch erhöhte Anforderungen an deren mechanische Stabilität stellt.Aufgrund der in der Anwendung entstehenden Biegung von Solarmodulen können Risse in der Aktivschicht als auch Ablösungen der Aktivschicht von den Ladungsextraktionsschichten (bzw. Elektroden) entstehen. Letzteres nennt man Delamination und der Prozess tritt auf, wenn die Adhäsion zwischen zwei Schichten unzureichend ist, während Risse innerhalb einer Schicht auf eine zu geringe Kohäsion hinweisen. Dieses Projekt widmet sich daher der Verhinderung von Rissen und Delaminationsdefekten, als auch deren Heilung. Hierzu werden die Materialeigenschaften gezielt manipuliert, um eine höhere mechanische Widerstandsfähigkeit zu erhalten und aufgetretene Defekte wieder auszuheilen.Für die mechanische Widerstandsfähigkeit werden Ansätze verfolgt, welche die Kristallinität der photoaktiven Schicht herabsetzen, die Grenzflächen zwischen Donor und Akzeptor als auch denjenigen zu den Ladungsextraktionsschichten mit Hilfe von Additiven stabilisieren und deren mechanische Belastbarkeit mit Hilfe von Verschlaufungen von Polymeren verbessert wird. Für den Heilungsansatz wird die Beweglichkeit der Materialien heraufgesetzt, sodass eine erhöhte Temperatur und gegebenenfalls zusätzlicher Druck Risse ausfüllt und Delaminationen rückgängig gemacht werden können und somit die Funktion der Solarzelle wiederhergestellt wird. Dafür wird die Mischungsmorphologie entweder durch grenzflächenaktive Komponenten stabilisiert oder durch Schmelzen wiederhergestellt. Die Materialsysteme orientieren sich an den durch ein anderes Projekt zur Verfügung gestellten Materialien bzw. an klassischen Poly(3-alkylthiophenen) in Kombination mit Fulleren-Derivaten und später auch Nicht-Fulleren-Akzeptoren.Die photo-aktive Schicht besteht zudem aus mindestens ternären Mischungen, um die erforderlichen Eigenschaften abbilden zu können. Zur Untersuchung der Heilung werden Filme und Solarzellen auf flexiblen Substraten gedehnt beziehungsweise gebogen, um Rissbildung und Delamination zu induzieren. Die durch die mechanische Beanspruchung entstandenen Defekte werden dann durch mikroskopische und spektroskopische Methoden charakterisiert. Nach der Heilung wird analog vorgegangen, um die Heilung zu quantifizieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
