Wissenschaftler der Forschungsgruppe am Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) an der TU Dresden haben sich gemeinsam mit Forschern der Hasselt University in Belgien mit den physikalischen Ursachen beschäftigt, die den Wirkungsgrad für die organische Solarzelle einschränken. Die Organische Photovoltaik basiert dabei auf organischen, also kohlenstoffbasierten Materialien. Sie könnte geeignet sein, eine wichtige Stütze im Energiemix der „Erneuerbaren“ zu werden. Denn sie weist verglichen mit herkömmlichen siliziumbasierten Modulen eine bessere Ökobilanz auf. Und sie bedarf für dünne Filme in Solarzellen nur eines geringen Materialeinsatzes. Notwendig ist aber eine weitere Steigerung des Wirkungsgrads, der auf verschiedenen Kennwerten, wie der Leerlaufspannung, beruht. Die zu geringe Leerlaufspannung ist aktuell ein Hauptgrund für die noch zu niedrigen Wirkungsgrade der Organischen Photovoltaik.

In der Studie wurden physikalische Ursachen dafür untersucht – unter anderem die Schwingungen von Molekülen in den dünnen Filmen. Es zeigte sich, dass die sogenannten Nullpunktsschwingungen einen wesentlichen Einfluss auf Spannungsverluste haben können. Nullpunktsschwingungen sind ein Effekt der Quantenphysik, der die Bewegung am absoluten Temperaturnullpunkt charakterisiert.

Die Autoren entdeckten, dass die Nullpunktsschwingungen, vermittelt durch Elektron-Phonon-Wechselwirkung, eine beträchtliche Absorptionsbandbreite verursacht- Diese sorgt dafür, dass ein Teil der Energie wieder ungenutzt abgestrahlt wird und die Leerlaufspannung reduziert. Diese Spannungsverluste können die Forscher nun aus elektronischen und vibronischen Molekularparametern vorhersagen. Ungewöhnlich ist, dass dieser Effekt selbst noch bei Raumtemperatur stark ist und die Effizienz für die organische Solarzelle erheblich einschränken kann. Welche Strategien zur Verringerung dieser schwingungsinduzierten Spannungsverluste für eine größere Anzahl von Systemen und unterschiedliche Heteroübergangs-Geometrien Erfolg versprechen, erläutern die Autoren in der Studie, die die Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht hat.

23.3.2020 | Quelle: TU Dresden | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH