Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Organische Solarzellen - Teil 2 von Andreas Dietz Experimentalphysik Hauptseminar der Universität Stuttgart WS 2011/12 Quelle:

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Organische Solarzellen - Teil 2 von Andreas Dietz Experimentalphysik Hauptseminar der Universität Stuttgart WS 2011/12 Quelle:"—  Präsentation transkript:

1 Organische Solarzellen - Teil 2 von Andreas Dietz Experimentalphysik Hauptseminar der Universität Stuttgart WS 2011/12 Quelle:

2 2 Gliederung Materialien Herstellungsverfahren Effizienz unterschiedlicher Zelltypen Effizienzlimitierende Faktoren Physikalische Optimierungsansätze

3 3 Materialien Quelle: Prof. Dr. Gerhard Gobsch, TU Ilmenau, Erfurt (2006)

4 4 Materialien Löslichkeit Verfügbarkeit keine Hochtemperaturprozesse keine Vakuumprozesse Recyclebar höhere Absorptionskoeffizienten geringere Absorptionsbandbreite

5 5 Materialien Quelle: Graphen

6 6 Materialien PEDOT Poly(3,4-ethylendioxythiophen) Polythiophen leitfähig

7 7 Materialien Quelle: P3HT Poly-3-hexylthiophen Bandlücke: 1,85eV Absorbtiosband: ca. 300nm

8 8 Materialien Quelle: Yanmin Wanga, WeiWei, XinLiu, YijieGu; Research progress on polymer heterojunction solar cells, Shandong, China, 2011 PCBM phenyl-C61-butyric acid methyl ester Elektronenakzeptor P3HT Poly-3-hexylthiophen Elektronendonator

9 9 Materialien Quelle: 25ml P3HT:PCBM-lösung und 25ml PEDOT-lösung ca $

10 10 Materialien Donor-Materialien PCPDTBT poly[2,6-(4,4-bis- (2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b] -dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)] PF10TB poly(9,9-didecanefluorene-alt-(bis-thienylene) benzothiadiazole) PCDTBT poly[N-9-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole) Quelle: J. PEET et al, Efficiency enhancement in low-bandgap polymer solar cells by processing with alkane dithiols, Santa Barbara USA (2007)

11 11 Herstellungsverfahren Quelle: Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg 2010

12 12 Herstellungsverfahren I Quelle:

13 13 Herstellungsverfahren I spin coating kleine Flächen hoher Materialverlust empirisches Herstellungsverfahren Multilayersysteme problematisch

14 14 Herstellungsverfahren I spin coating gute Dickenhomogenität geringe Rauhigkeit stufenlose Schichtdicken über mehrere Größenordnungen ca. 10nm – 1µm

15 15 Herstellungsverfahren II doctor blading - Schichtdicken >µm

16 16 Herstellungsverfahren III Quelle: roll to roll coating - Schichtdicken <µm

17 17 Herstellungsverfahren Schichtdicken OSZ: ~100nm Schichtdicken ASZ: ~100µm

18 18 Herstellungsverfahren Quelle: Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg 2010

19 19 Herstellungsverfahren Lösungsmittel Mischungsverhältnis (Polymer/Fulleren) Lösungskonzentration Chemische Struktur (Nachbearbeitung z.B. Tempern) self assembly layer Beeinflussung der Nanomorphologie

20 20 Herstellungsverfahren Quelle: J. PEET et al, Efficiency enhancement in low-bandgap polymer solar cells by processing with alkane dithiols, Santa Barbara USA (2007) Lösungsmittel

21 21 Herstellungsverfahren Quelle: Sung Heum Park et al, Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%, Santa Barbara USA (2009) Mischverhältnis keine IR Absorption

22 22 Herstellungsverfahren Quelle: Prof. Dr. Gerhard Gobsch, TU Ilmenau, Erfurt (2006) Tempern

23 23 Herstellungsverfahren Quelle: Kosten/Energiebilanz Kosten Si-Zellen Herstellungsenergie nach ca. 2,5 Jahren geernetet. ca Monate bei OSZ

24 24 Effizienz unterschiedlicher Zelltypen Quelle: Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg 2010 Polaronpaar-Diffusionslänge: ~5nm

25 25 Effizienz unterschiedlicher Zelltypen Quelle: Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg 2010 I 1 =I 2 E BL1 > E BL2

26 26 Effizienz unterschiedlicher Zelltypen Quelle: Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg 2010

27 27 Effizienz unterschiedlicher Zelltypen Quelle: M. A. Green et al, Solar cell efficiency tables (version 39), (2011); GaAs (thin film)InGaP/GaAs/InGaAs OS EinzelzelleOS Tandemzelle OSZ

28 28 Effizienzlimitierende Faktoren Quelle: Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg 2010

29 29 Effizienzlimitierende Faktoren Quelle: 1,3 kW/m² davon ca. 50% Licht

30 30 Effizienzlimitierende Faktoren Quelle: Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg 2010 Wichtige Parameter: Perkolation, Traps, Längenskala

31 31 Effizienzlimitierende Faktoren Quelle: Zhibing Wang et al, Technology ready use of single layer graphene as a transparent electrode for hybrid photovoltaic devices, Pennsylvania USA

32 32 Effizienzlimitierende Faktoren Leitfähigkeit Absorptionskoeffizient Dielektrizität Bandlücke Degradation (durch UV, H 2 O, O 2,…) unskalierbare Herstellungsverfahren Nanomorphologie

33 33 Physikalische Optimierungsansätze Neue Materialien Beeinflussung der Nanomorphologie Tandemzellen/Multilayer Optimierung der optischen Eigenschaften

34 34 Physikalische Optimierungsansätze Quelle: Sung Heum Park et al, Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%, Santa Barbara USA (2009)

35 35 Physikalische Optimierungsansätze Quelle: Sung Heum Park et al, Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%, Santa Barbara USA (2009)

36 36 Zusammenfassung Forschung hat wirtschaftliche η=10% Marke erreicht Neue Materialien erforderlich Massenfertigungstechniken ausbauen

37 37 Literatur Yanmin Wanga et al, Research progress on polymer heterojunction solar cells, Shandong China (2011) Carsten Deibel, Vladimir Dyakonov, Polymer–Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg (2010) J. PEET et al, Efficiency enhancement in low-bandgap polymer solar cells by processing with alkane dithiols, Santa Barbara USA (2007) Sung Heum Park et al, Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%, Santa Barbara USA (2009) M. A. Green et al, Solar cell efficiency tables (version 39), (2011) Zhibing Wang et al, Technology ready use of single layer graphene as a transparent electrode for hybrid photovoltaic devices, Pennsylvania USA M. Limpinsel et al, Investigation of the Photocurrent in Bulk Heterojunction Solar Cells, Würzburg (2010) X. Blase et al, First-principles GW calculations for fullerenes, porphyrins, phtalocyanine, and other molecules of interest for organic photovoltaic applications, Grenoble Frankreich (2010) William Shockley, Hans J. Queisser, Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells, Palo Alto California (1960) P. Vanlaeke et al, P3HT/PCBM bulk heterojunction solar cells: Relation between morphology and electro-optical characteristics, Leuven Belgien (2006) Versuchsanleitung Fachpraktikum: Mikroelektronik und Sensorik - Spin Coating von Polymerschichten, TU Ilmenau Prof. Dr. Gerhard Gobsch, TU Ilmenau

38 38 Zeit für Fragen


Herunterladen ppt "Organische Solarzellen - Teil 2 von Andreas Dietz Experimentalphysik Hauptseminar der Universität Stuttgart WS 2011/12 Quelle:"

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen