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

2. Benzothiadiazol-basierte Polymere 33
Nanopartikel zu verhindern, in mehreren Schichten um die Nanopartikel anlagern und so
isolierend wirken. Die Zahl der Liganden muss daher im Anschluss an die Herstellung der
Nanopartikel reduziert werden und/oder diese Liganden durch „passendere“ Substitute ersetzt
werden. Der Substitutionsligand sollte sich idealerweise durch thermische Behandlung
und/oder im Vakuum von der Oberfläche der Nanopartikel entfernen lassen (Verbesserung
der Leitfähigkeit durch einen kürzeren NP-NP- und NP-Polymer-Kontakt) und, wenn er im
Film verbleibt, durch eigene π-Elektronensysteme zum Ladungstransport in der Solarzelle
beitragen. In den meisten Fällen wird Pyridin als Substitutionsligand verwendet. [77] Durch die
Optimierung des Ligandenaustausch-Prozesses (zusätzliche Behandlung mit Hexansäure)
konnte der bis dahin höchste Wirkungsgrad einer Solarzelle mit CdSe-Quantendots (2,1 %,
2011) [78] mit PCPDTBT als Donormaterial (M n = 14 300 g/mol, M w = 21 700 g/mol) auf
2,7 % verbessert werden (V OC = 588 mV, I SC = 8,16 mA/cm², FF = 0,55). [76] Die zum
Vergleich hergestellten Solarzellen mit P3HT zeigten einen Wirkungsgrad von 2,1 %. Der
Vorteil von PCPDTBT gegenüber P3HT in den CdSe-Hybrid-Solarzellen ist bereits im
Absorptionsspektrum zu erkennen (s. Abb.27). Die Absorption der CdSe-Quantendots und
PCPDTBT ergänzen sich zu einem breiten Absorptionsbereich (300 bis ~ 900 nm).
a)
1,4
1,2
P3HT
PCPDTBT
CdSe
b)
1,0
0,9
P3HT:CdSe
PCPDTBT:CdSe
Absorption [a.u.]
1,0
0,8
0,6
0,4
Absorption [a.u.]
0,8
0,7
0,6
0,2
0,5
0,0
300 400 500 600 700 800 900
λ [nm]
0,4
300 400 500 600 700 800 900
λ [nm]
Abb.27: Absorptionsspektren der P3HT-, PCPDTBT- und CdSe-Filme (a) und der Polymer-CdSe-Filme (b) [76] ,
abgebildet mit freundlicher Genehmigung von Elsevier
Der Wirkungsgrad von CdSe-QD/PCPDTBT-Solarzellen wurde durch eine neu entwickelte
Ligandenaustauschmethode verbessert. Dazu wurden die Nanopartikel vor dem eigentlichen
Ligandenaustausch in Pyridin (108°C, acht Stunden) mehrmals mit Methanol gewaschen und
zwölf Stunden in Hexan gerührt. Nach der thermischen Behandlung der aktiven Schicht
konnte der Wirkungsgrad der Solarzellen auf 3,38 % gesteigert werden (PCPDTBT: M n =
15 000 g/mol, M w = 22 000 g/mol). [79] Bei den Kenngrößen dieser Solarzelle (V OC = 670 mV,