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

2. Benzothiadiazol-basierte Polymere 19
Die Kenngrößen dieser Solarzelle sind vielversprechend (I SC = 10-11 mA/cm², V OC = 650-
700 mV, FF = 0,47, EQE (400 bis 800 nm) > 25 % (Maximum (38 %) bei etwa 700 nm)),
allerdings limitiert der relativ geringe Füllfaktor den Wirkungsgrad auf die erreichten 3,2 %.
Durch Optimierung des Systems, vor allem bezüglich der Morphologie der Polymer/Fulleren-
Filme, sahen die Autoren ein Potential für Wirkungsgrade über 7 %. [46]
Auf die Morphologie der Filme haben viele Faktoren Einfluss. Zum einen spielt das
Lösungsmittel, aus dem der Film erzeugt wird, eine große Rolle, da sich die Polymerketten
während der Dauer des Trocknungsprozesses bewegen und anordnen, zum anderen das
Polymer/Fulleren-Verhältnis und die Konzentration der Lösung, aus der die Filme prozessiert
werden. Weitere Faktoren sind die chemische Struktur der verwendeten Materialien und die
Kontrolle von Phasentrennung und Kristallisationsgrad, etwa induziert durch Tempern. Bei
der Verwendung von Fullerenen kann es beim Tempern jedoch zur Ausbildung von großen
PCBM-Kristalliten kommen, die die Ordnung des Blends zerstören und den Wirkungsgrad
verringern. [55] Bei PCPDTBT/C 70 -PCBM-Solarzellen konnte durch Tempern keine
Verbesserung der Solarzelleneigenschaften erreicht werden, stattdessen konnten A. J. Heeger
und G. C. Bazan et al. 2007 durch den Einsatz von Additiven fast eine Verdopplung des
Wirkungsgrades auf 5,5 % erzielen, mit einem auf 0,55 erhöhten Füllfaktor (I SC =
16,2 mA/cm², V OC = 620 mV). [54] Bei Experimenten mit Alkanthiol-stabilisierten
Goldnanopartikeln für organische Solarzellen mit P3HT beobachteten sie den Einfluss des
Alkanthiols auf die Morphologie der P3HT/C 60 -PCBM-Phase. Bei der Übertragung dieser
Beobachtung auf PCPDTBT/C 70 -PCBM-Solarzellen mit 1,3-Propandithiol, 1,4-Butandithiol,
1,6-Hexandithiol und 1,8-Octandithiol als Additive wurde mit 1,8-Octandithiol das beste
Ergebnis erzielt. Das Absorptionsspektrum dieses Films zeigt eine bathochrome
Verschiebung des langwelligen Absorptionsmaximums um 41 nm gegenüber dem
Absorptionsmaximum des Films ohne Additivzusatz. Das ist ein Hinweis darauf, dass die
Ordnung der Polymerketten im Film mit einem solchen Additivzusatz größer ist. In der
Solarzelle selbst ist 1,8-Octandithiol nicht mehr vorhanden, nach der Trocknung der Filme
(10 min Vakuum, Raumtemperatur) konnte kein Additiv mehr nachgewiesen werden. [54,56]
Zur weiteren Optimierung der PCPDTBT-Solarzellen gibt es verschiedene Ansatzpunkte, die
teilweise bereits von einigen Arbeitsgruppen verfolgt werden. Beispielsweise kann die
Struktur des Polymers durch den Austausch der EthylHexyl-Seitenketten der CPDT-Einheit
gegen andere Ketten (linear oder verzweigt) modifiziert werden. Das analoge Copolymer mit