Inhomogenitäten in Zusammensetzung und elektronischer Struktur in gedruckten Nicht-Fulleren-Solarzellen und ihre Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit und Stabilität der Bauelemente

• Antragstellerin: Professorin Dr. Yana Vaynzof
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461909888

Gedruckte organische Photovoltaik bietet die Möglichkeit kostengünstige, großflächige und flexible Produkte herzustellen, dennoch müssen vor der Integration in industrielle Anwendungen noch einige Herausforderungen bewältigt werden. Eine dieser Herausforderungen hängt mit der Schwierigkeit zusammen, einheitliche, homogene Filme über große Flächen zu bilden. Das Vorhandensein von Inhomogenitäten beeinträchtigt die Funktion und Leistungsfähigkeit der gedruckten Bauteile sowie deren Stabilität. In diesem Projekt werden wir die Bildung von Inhomogenitäten in der Zusammensetzung und der elektronischen Struktur in gedruckten organischen Solarzellen durch räumlich und energetisch aufgelöste Photoemissionsspektroskopie (PES) untersuchen. Räumlich aufgelöste Informationen über größere Flächen können durch die Verwendung von PES-Imaging oder PES-Mapping erhalten werden, die eine Auflösung von 1 bzw. 100 um bieten. Diese Längenskalen sind für die Untersuchung von Inhomogenitäten an organischen Schichten von großer Bedeutung und ermöglichen die Charakterisierung großer Proben (auf einer Längenskala von Zentimetern). Vertikal aufgelöste Messungen im Bereich von 1-2 nm werden durch die Kopplung dieser spektroskopischen Charakterisierung mit schonendem Gas Cluster-Ionenstrahl Ätzen ermöglicht, wobei organische Materialien durch einen solchen Ätzvorgang nahezu unbeschädigt bleiben. Die Kombination beider Methoden erlaubt es die Zusammensetzung und die elektronische Struktur der Materialien über große Flächen und über die gesamte Dicke der aktiven Schicht im Bauelement abzubilden. Damit wird es möglich sein die Inhomogenitäten als Funktion von lateraler und vertikaler Position zu charakterisieren und zusammen mit weiteren gewonnenen Erkenntnissen innerhalb des Forschernetzwerkes POPULAR ihren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und insbesondere die Stabilität der Bauelemente zu verstehen. Die Stabilitätsuntersuchungen in diesem Projekt sind zentraler Baustein in der Entwicklung eines ganzheitlichen Verständnisses in welcher Form Inhomogenitäten, verursacht bei der Schichtherstellung, zu einer Alterung der Bauteile führen oder wie Alterung von homogenen Schichten zur Ausbildung von Inhomogenität führt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5387: Gedruckte & stabile organische Photovoltaik mit Nicht-Fullerenakzeptoren