Im Rahmen des FWF Projektes unter der Leitung von Prof. (FH) Dr. Bettina Friedel, haben wir uns innerhalb der Projektlaufzeit von September 2013 bis April 2018 mit mikroskopisch-unebenen hygroskopischen Lochleiterschichten in organischen Solarzellen und deren Auswirkungen auf das Bauteilverhalten  beschäftigt. Dabei ging es vor allem um Zusammenhänge zwischen Partikelgröße und lokalen Inhomogenitäten des Fotostrom-Outputs und die Performance Stabilität unter Umweltbedingungen.

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Links: Messung der Laser-induzierten Photostromverteilung in organischen Solarzellen zur Lokalisierung von Leistungsverlusten. Rechts: Laser-Photostrom-Landkarten von Bauteilen mit speziellen Lochleiterschichten nach Reaktion auf Luft, Licht und Feuchtigkeit.

Projektziel

 

Organische Halbleiter, wie sie in OLED-basierten TV-Displays zu finden sind, wären auch für die Photovoltaik (PV) attraktiv, falls Bauteilhomogenität und Stabilität gegen Umwelteinflüsse verbessert werden können. In diesem Projekt, haben wir uns deren Ursachen gewidmet, unter der Berücksichtigung einer bestimmten Bauteil-Komponente: der Loch-Leiter-Schicht (LLS) zwischen der transparenten Front-Elektrode und dem Halbleiter. Lange nutzte man dafür das Material PEDOT:PSS, trotz Kolloidform und korrosiver Eigenschaften. Wir haben verschiedene kolloidale oder gleichförmige LLS aus PEDOT:PSS oder Molybdänoxid in PV-Zellen getestet. Mittels Landkarten erzeugter Ströme und Oberflächenanalyse wurde ihr lokales physikalisches/chemisches Verhalten untersucht, um so auf Art und Verteilung von Defizitstellen Rückschlüsse ziehen zu können. Anders als erwartet, haben Partikelgröße, -verteilung, Material oder Schichtdicke keinen Einfluß auf Bauteilhomogenität und Leistung. Aber bereits kurzer Luftfeuchtigkeits-Kontakt der LLS vor der Fertigstellung der PV-Zelle führt zu fleckenförmigen Leistungsverlusten. Grund ist die partielle Ablösung der LLS von der Elektrode durch feuchtigkeitsbedingte Schwellung und nicht Korrosion an Halbleiter oder Elektrode. Punktförmige Defekte, die oft PEDOT:PSS zugeschrieben werden, traten dagegen nur in LLS-freien PV-Zellen nach Feuchtigkeitskontakt auf, verursacht durch Wachstum isolierender Oxid-Inseln unter der Aluminiumelektrode. Diese Erkenntnisse zeigen, dass LLS, selbst PEDOT:PSS, oft nicht für Leistungsinhomogenität verantwortlich sind und stabiler als eigentlich gedacht.

Förderprogramm

FWF Der Wissenschaftsfonds, Fördernummer P26066

Projektpartner

Technische Universität Graz, Institut für Festkörperphysik, Ao. Prof. Dr. Robert Schennach

Publikationen

H.-T. Chien, F. Pilat, T. Griesser, H. Fitzek, P. Poelt, B. Friedel, Influence of Environmentally Affected Hole-Transport Layers on Spatial Homogeneity and Charge-Transport Dynamics of Organic Solar Cells, ACS Applied Materials & Interfaces, 10 (2018) 10102–10114, DOI: 10.1021/acsami.7b19442   https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b19442

H.-T. Chien, P. W. Zach, B. Friedel, Short-Term Environmental Effects and Their Influence on Spatial Homogeneity of Organic Solar Cell Functionality, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9 (2017), 27754-27764, DOI: 10.1021/acsami.7b08365, https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.7b08365

M. Ebner, R. Schennach, H.-T. Chien, C. Mayrhofer, A. Zankel, B. Friedel, Regenerated Cellulose Fiber Solar Cell, Flex. Print. Electron., 2 (2017) 014002, DOI:10.1088/2058-8585/aa5707 https://graz.pure.elsevier.com/de/publications/regenerated-cellulose-fiber-solar-cell

H.-T. Chien, M. Pölzl, G. Koller, S. Challinger, C. Fairbairn, I. Baikie, M. Kratzer, C. Teichert, B. Friedel, Effects of hole-transport layer homogeneity in organic solar cells – A multi-length scale studySurfaces and Interfaces, 6 (2017) 72-80, DOI: 10.1016/j.surfin.2016.11.008 https://graz.pure.elsevier.com/de/publications/effects-of-hole-transport-layer-homogeneity-in-organic-solar-cell

S.Dunst, T. Rath, A. Reichmann, H.-T. Chien, B. Friedel, G. Trimmel, A comparison of copper indium sulfide/polymer nanocomposite solar cells in inverted and regular device architecture, Synthetic Metals, 222 (2016) 115-123, DOI: 10.1016/j.synthmet.2016.04.003, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037967791630100X

Kontaktpersonen Forschungszentrum Energie

Prof. (FH) Dr.-Ing. Markus Preißinger
illwerke vkw Stiftungsprofessor für Energieeffizienz, Leiter Forschungszentrum Energie

+43 5572 792 3801
markus.preissinger@fhv.at

E1 03

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DI Helena Gössler
Assistenz

+43 5572 792 3800
helena.goessler@fhv.at

E1 02

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