Ansprechpartner: Prof. Dr. Jürgen Parisi

Wir beschäftigen uns mit Solarzellen auf der Basis von anorganisch-organischen Mischsystemen. Als organische Komponente dient dabei ein Derivat des konjugierten halbleitenden Polymers Poly-para Phenylen-Vinylen, das MDMO-PPV. Als anorganische Komponente verwenden wir kolloidchemisch synthetisierte CdSe-Nanopartikel. Aus beiden Komponenten werden Komposite unterschiedlicher Mischungsverhältnisse hergestellt, die mit den verschiedenen am Institut vorhandenen elektrischen und optischen Untersuchungsmethoden charakterisiert werden.

Die Konzeption der Solarzellen beruht auf dem der rein organischen Solarzellen aus Polymer und Fullerenen. Das Polymer dient als Wirtsmatrix in der die Nanopartikel eingebettet sind. Dies geschieht durch einfaches lösen der beiden Komponenten in einem dafür geeigneten Lösungsmittel. Die Lösung wird als dünne Schicht auf ein Substrat mit einem halbtransparanten Frontkontakt (ITO), der wiederum mit einer Pedotschicht bedeckt ist, aufgebracht und durch einen Aufdampfprozeß mit Metallkontakten (Aluminium) versehen. Bei Lichteinstrahlung kommt es an der Grenzfläche Nanopartikel / Polymer zu einer Ladungsseparation wobei die Nanopartikel als Elektronenakzeptor und das Polymer als Lochakzeptor auftreten. Durch die ungeordnete Durchmischung beider Komponenten kann diese Ladungseparation überall in der photoaktiven Schicht auftreten außerdem wird dadurch die Kontaktoberfläche zwischen ihnen maximiert.

Die optischen und elektrischen Eigenschaften von Halbleiter- Nanopartikeln sind in entscheidendem Maße von ihrer Größe abhängig. Ursache dafür ist der sogenannte Größenquantisierungseffekt. Dieser Effekt tritt während des Übergangs vom Molekülcluster zum Volumenkristall auf. Er bewirkt mit abnehmender Größe eine zunehmende Diskretisierung der Energiezustände bei gleichzeitiger Vergrößerung der Bandlücke. Die Nanopartikel, auch Quantenpunkte genannt, sind damit zwischen Molekül und Volumenmaterial anzusiedeln. Statt einer Bandstruktur spricht man in Analogie zum Molekül beim Quantenpunkt von LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) und HOMO (highest occupied molecular orbital). Die untersuchten Nanopartikel liegen mit einer Größe zwischen 3,3 und 4,4 nm im Bereich der starken Quantisierung. Aufgrund des Größenquantisierungseffekts zeigen die Nanopartikel eine größenabhängige Absorption. Schon eine Vergrößerung des Durchmessers um wenige nm kann eine Verschiebung des Absorptionsspektrums um bis zu 100 nm bewirken. Aufgrund dieser Eigenschaft sollte es möglich sein durch verschieden große Nanopartikel das Sonnenspektrum besser auszunutzen.

Das Foto wird mit freundlicher Genehmigung von A. L. Rogach und D. V. Talapin gezeigt.

• lichtinduzierte Elektronenspinresonanz (LESR)
• photoinduzierte Absorption (PIA)
• Photolumineszenz (PL)
• Strom-Spannungs Kennlinien

Institut für physikalische Chemie, Universität Hamburg