RG-Leader:      Dr. Egon Reinold (egon.reinold(at)uni-ulm.de)
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                       Astrid Vogt (astrid.vogt(at)uni-ulm.de)
                     

Die AG Oligomere befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von molekulareinheitlichen organischen Halbleitermaterialien, insbesondere Materialien aus der Substanzklasse α-konjugierter Oligothiophene (OT). Schwerpunkt hierbei ist die Entwicklung von Materialien mit maßgeschneiderten elektro-optischen Eigenschaften, die in organischen Solarzellen (OSZ) zur Anwendung kommen.

Die Erzeugung elektrischer Energie mittels OSZ verspricht im Vergleich zur etablierten Solarzellen-Technologie unter Verwendung anorganischer Halbleiter, meist auf Silizium-Basis, eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Flexible sowie auch großflächige Baueinheiten lassen sich unter Einsatz geringer Materialmengen kostengünstig produzieren. Nach Lichtabsorption findet in der OSZ Ladungs­trennung zwischen zwei unterschiedlichen organischen Materialschichten statt (Hetero­junction). Hierzu müssen die elektronischen Niveaus des Donor- und Akzeptormaterials geeignete Energien aufweisen. Die Materialien sollten hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten ermöglichen sowie eine starke und breite Absorption des Sonnenlichtes aufweisen. Der Wirkungsgrad der Energieum­wandlung wird jedoch noch durch weitere Faktoren beeinflusst, insbesondere ist die Morphologie an der Phasengrenze von Donor- und Akzeptor von großer Bedeutung. Die Erforschung von Struktur-Eigen­schafts­beziehungen bezüglich Lichtabsorption, Redox-Eigenschaften, Ladungsträger­beweg­lichkeit sowie molekularer Packung von organischen Halbleitermaterialien ist demnach von zentraler Bedeutung.

Generell lassen sich OSZ über zwei Herstellungsverfahren aufbauen. Zum einen können die organischen Substanzen aus Lösung auf den Träger abgeschieden und prozessiert werden (hier vor allem lösliche Polymere), zum anderen sind Sublimations- oder Aufdampftechniken bei relativ kleinen Molekülen möglich. Demzufolge sind Materialeigenschaften wie Löslichkeit in geeigneten Lösungs­mitteln oder Flüchtigkeit und Temperaturbeständigkeit wichtige Kriterien bei der Multi-Parameter-Opti­mie­rung von organischen Materialien, die zur Herstellung von OSZ dienen sollen.

Unter Verwendung von Oligothiophenen mit terminalen Dicyanovinyl (DCV)-Akzeptorgruppen (DCV5T als Strukturbeispiel, siehe Abb. 1) gelang uns in Kooperation mit dem Institut für Angewandte Photo­physik an der Universität Dresden (IAPP Dresden, Prof. K. Leo) in jüngster Zeit die Realisierung von OSZ mit Wirkungsgraden, die mit bis zu 3.4 (±0.3) % im Spitzenfeld des derzeit Machbaren liegen.^[1-5] Der Aufbau dieser durch Sublimationstechnik hergestellten OSZ ist in Abb. 2 schematisch gezeigt.

Literatur:

[1]     M. Pfeiffer, C. Uhrich, A. Petrich, R. Schüppel, K. Schulze, K. Leo, E. Brier, E. Reinold, P. Bäuerle, Deutsche Patentanmeldung 10 2005 010 978.0 (4.3.2005), PTC-Anmeldung PTC/DE2006/000394 (4.3.2006): „Organisches Photoaktives Bauelement“.

[2]     K. Schulze, C. Uhrich, R. Schüppel, K. Leo, M. Pfeiffer, E. Brier, E. Reinold, P. Bäuerle, Adv. Mater. 2006, 18, 2872-2875.

[3]     K. Schulze, C. Uhrich, R. Schüppel, K. Leo, M. Pfeiffer, E. Brier, E. Reinold, P. Bäuerle, Proc. SPIE 2006, 6192, 32.

[4]     R. Schüppel, K. Schmidt, C. Uhrich, K. Schulze, D. Wynands, J. L. Brédas, E. Brier, E. Reinold, H.-B. Bu, P. Bäuerle, B. Männig, M. Pfeiffer, K. Leo, Phys. Rev. 2008, B 77, 085311.

[5]     K. Schulze, M. Riede, E. Brier, E. Reinold, P. Bäuerle, K. Leo, J. Appl. Phys. 2008, 104, 074511