Einfluss von Oberflächenmodifikationen auf die Ladungstransferkinetik in Hybridsolarzellen

Abstract

Zu Beginn dieser Arbeit wurde die Injektionsdynamik der Idolinfarbstoffe D149, DN91, DN216 und DN285 in einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle untersucht. Dabei wurden die Dynamik in Lösung, Farbstoff adsorbiert auf ZnO mit Kontakt Luft und im Kontakt mit einem Redoxelektrolyten untersucht. Die vollständige Analyse der Dynamik, für eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle basierend auf ZnO, in einem vollständigen Zellaufbau, wurden erstmalig durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass der Idolinfarbstoff D149 im Kontakt mit einem Redoxelektrolyten von der Halbleiteroberfläche desorbiert. Daher wurden in folgenden Studien die zweiankrigen Farbstoffe DN91, DN216 und DN285 verwendet. Diese Farbstoffe unterschieden sich in der Länge der zweiten Ankergruppe. Die Länge der Ankergruppe hatte einen direkten Einfluss auf die gemessene Injektionszeit der Farbstoffe in das ZnO. So stieg die Injektionszeit mit zunehmender Kettenlänge an. Die Injektion der Elektronen vom angeregten Zustand der Farbstoffmoleküle erfolgt in zwei unterschiedlichen Zeiten. Es wurde eine sehr schnelle Zeitkonstante im Bereich von 100 fs für alle Farbstoffe gemessen. Die andere Zeitkonstante betrug je nach verwendeten Farbstoff zwischen 20 ps bis 40 ps. Im nächsten Kapitel wurden alternative Abscheidebäder für die elektrochemische Abscheidung des ZnO untersucht. Dabei wurde das Anion der verwendeten Salze ausgetauscht. Das Anion Chlorid wurde durch Perchlorat ersetzt. Durch den Tausch der Anionen konnte die Defektkonzentration des elektrochemisch gewachsenen ZnO verändert werden. Diese Veränderungen waren in der chemischen Kapazität der Solarzellen messbar und hatten einen direkten Einfluss auf die Rekombination von Ladungsträgern an der Grenzfläche Halbleiter/Elektrolyt. Im nächsten Kapitel wurde der Einfluss von verschiedenen Oberflächenmodifikationen auf die Rekombination von Ladungsträgern in der Solarzelle untersucht. Die Oberfläche wurde gezielt durch eine Behandlung mit HCl, NH3 , H2O2 und Octanthiol verändert. Eine Behandlung des ZnO mit H2O2 war die erfolgversprechendste Methode. Die Rekombination konnte gegenüber einer unbehandelten Oberfläche reduziert werden. Jedoch wurde die Anbindung der Farbstoffe erschwert, was einen geringen Photostrom zur Folge hatte. Gegen Ende der Arbeit wurde ZnO als elektronenselektive Schicht in Perowskitsolarzellen untersucht. Hierfür wurde die elektrochemische Abscheidung von kompakten ZnO verbessert. Dies gelang durch eine chemische Aktivierung des FTO, wodurch die Keimbildung des ZnO bei der elektrochemischen Abscheidung verbessert wurde. Durch das Verfahren war es möglich ZnO abzuscheiden, welches das FTO Substrat vollständig bedeckte. Die Grenzfläche Perowskit/ZnO erwies sich als nicht stabil, da der Perowskit sehr schnell zu PbI 2 degradierte. Dennoch war es durch die Anpassung einer Synthese möglich Perowskitsolarzellen herzustellen, die einen Wirkungsgrad von 6,87 % aufwiesen.