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Organische Solarzellen sind noch nicht effizient

Interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Polymerelektronik

In der Polymerelektronik gibt es seit einigen Jahren eine intensive Zusammenarbeit zwischen den Instituten für Chemie(Polymerchemie) und Physik(Experimentalphysik). Dabei geht es unter anderem um die Realisierung großflächiger Leuchtdioden, um die Erzeugung von hochge­ordneten Polymerschichten für„organische“ Feldeffekttransistoren sowie

um die Entwicklung organischer Solarzellen.

jel ist es, mit organischen Polymermate­

7 rialien in neue zukunftsträchtige Anwen­dungsfelder wie lichtemittierende Bau­elemente, Farbdisplays, elektronische Schaltkrei­se, Solarzellen und Sensoren vorzudringen. Vor allem die leichte Verarbeitbarkeit, die Möglich­keit, formangepasste, flexible Bauteile herzustel­len und die Realisierung großflächiger Bauele­mente machen die organischen Materialien für die Elektronik interessant. Organische lichtemit­tierende Dioden(OLED) werden zurzeit auf dem Markt eingeführt. Ein nächster Schritt ist die Realisierung weiterer Bauelemente, zum Bei­spiel von Transistoren, die eine„All-Plastik­Elektronik“ ermöglichen. Neben der integrierten Ansteuerung der OLED werden damit auch andere Anwendungen im Bereich der„Massen­fertigung“ interessant, zum Beispiel alle Arten von Chip-Karten. Denkbar sind auch so genann­te elektronische Bücher und Papiere, flexible Anzeigen, die auf einfache Weise das Herunter­laden von Zeitungen oder Büchern ermöglichen. Wie wichtig bei der Polymerelektronik eine interdisziplinäre Zusammenarbeit ist, zeigt das Beispiel der organischen Solarzellen. Sie basie­ren auf einer Mischung aus Halbleiterpolyme­ren und Fullerenen, das sind Kohlenstoffmole­

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Organische licht­emittierende Dioden werden zurzeit auf den Markt gebracht. Diese Leuchtdiode basiert auf einem blau emittieren­den Halbleiterpolymer.

küle in Form von Fußbällen. Durch Lichtein­strahlung entstehen an den Grenzflächen zwi­schen beiden Materialien freie Ladungsträger. Diese wandern zu den Elektroden und erzeugen so einen elektrischen Strom. Organische Solar­zellen haben heute einen Wirkungsgrad von etwa drei Prozent. Das heißt drei Prozent der einfallenden Lichtenergie wird in verfügbare elektrische Energie umgewandelt. Die verbreite­ten Solarzellen auf Silizium-Basis liegen routi­nemäßig bei Werten über elf Prozent.

Eine Optimierung organischer Solarzellen ist zum einen durch Verbesserung der verwendeten Polymere, zum anderen durch Veränderung der Struktur der Solarzellen möglich. Will man eine effiziente Solarzelle konstruieren, reicht es näm­lich nicht aus, Polymer, Kohlenstoff und Elektro­den in Schichten übereinander zu stapeln. Viel­mehr müssen die Materialien im Nanometerbe­reich entmischen und dabei eine einander durchdringende Struktur bilden. Dadurch ent­steht eine riesige Grenzfläche zwischen dem Polymer und den Fulleren und ermöglicht so eine effiziente Ladungstrennung.

In Potsdam beschäftigt sich der Arbeitskreis Polymerchemie mit der Optimierung der Aus­gangsmaterialien, insbesondere auch mit einem Austausch der teuren Fullerene durch andere geeignete Materialien. Von besonderer Bedeu­tung ist dabei die Reinheit der bis zu 500 Einhei­ten langen Polymerketten. Schon Verunreini­gungen im Promillebereich können deren Fähig­keit, freie Elektronen zu erzeugen und zu trans­portieren, stören. Um die Qualität der Materia­lien möglichst prozessnah überprüfen zu kön­nen, besteht eine enge Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Experimentalphysik. Dort werden die Materialien zu dünnen Schichten von rund 80 bis 100 Nanometer Dicke verarbeitet, mit Elektroden versehen und die Kenndaten der so entstandenen Solarzelle gemessen. Konzepte zur gezielten Strukturierung der Polymerschicht auf Nanometerskala in der Solarzelle werden in Zusammenarbeit mit der Elektrotechnik an der Uni Wuppertal und dem Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Golm erarbeitet.

Ullrich Scherf, Dieter Neher

Dieter Neher bekleidet im Institut für Physik der Universität Potsdam die Professur für Experi­mentalphysik.

Ullrich Scherf bekleidet im Institut für Chemie der Universität Potsdam die Professur für Poly­merchemie.

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