urn:nbn:de:hbz:468-20130312-112320-7 - Bergische Universität ...

1. Allgemeine Einleitung 9
1.2.4 Materialien für die aktive Schicht
In der aktiven Schicht werden, wie bereits erwähnt, ein Blend aus einem Elektronendonor und
einem Elektronenakzeptor verwendet. Generell können Materialien mit einem delokalisierten
π-Elektronensystem Licht absorbieren, lichtinduzierte Ladungsträger generieren und diese
transportieren. Viele organische Materialien besitzen einen hohen Absorptionskoeffizienten,
so dass schon geringe Schichtdicken einen Großteil der Photonen absorbieren können. Dünne
Schichtdicken sind auch wegen der geringen Diffusionslängen der Excitonen von Vorteil. [3]
Aus zahlreichen Experimenten wurden weitere Erkenntnisse über die Eigenschaften eines
idealen Donor-Akzeptor-Paars gewonnen:
Der ideale Akzeptor besitzt ein energetisch tief liegendes LUMO-Energieniveau, so dass eine
hohe Elektronenaffinität vorliegt, und eine hohe Elektronenmobilität.
Der Donor muss nach der Anregung Elektronen zum Akzeptor transferieren können. Dabei
muss die Excitonenbindungsenergie, die Coulomb’sche Anziehungskraft zwischen dem
gebundenen Elektronen-Loch-Paar, überwunden werden. Daher muss die Energiedifferenz
zwischen den LUMO-Energieniveaus des Donors und des Akzeptors, dem sog. LUMO offset,
größer als 0,3 eV sein. [11]
Für die ideale Lage des HOMO-Energieniveaus des Donors muss neben der Bandlücke (und
damit der Lichtabsorption) auch die Leerlaufspannung berücksichtigt werden. Je niedriger
dessen HOMO-Energieniveau ist, desto höher ist die maximal erreichbare Leerlaufspannung;
aber: je größer die Bandlücke ist, desto schlechter ist die Überlappung des
Absorptionsmaximums mit dem Sonnenspektrum und somit auch der Kurzschlussstrom.
Daher muss ein Kompromiss gefunden werden, um den besten Wirkungsgrad zu
erreichen. [3,11,27]
Als Akzeptor werden bei vielen Solarzellenanwendungen Fullerenderivate verwendet. Das
Buckminster-Fulleren C 60 (s. Abb. 7) besitzt eine hohe Elektronenaffinität und kann bei
elektrochemischer Reduktion bis zu sechs Elektronen stabilisieren. Da C 60 nicht löslich ist,
wurden verschiedene lösliche Derivate hergestellt. C 60 -PCBM ([6,6]-Phenyl-C 61 -
butylsäuremethylester) und C 70 -PCBM ([6,6]-Phenyl-C 71 -butylsäuremethylester) werden
besonders häufig verwendet. [3,11,28]