Nutzung von Zinkoxid-Schichten in farbstoffsensibilisierten Festkörpersolarzellen

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2014

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-9638

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Für die Nutzung von ZnO in farbstoffsensibilisierten Festkörpersolarzellen wurden angepasste kompakte und nanoporöse ZnO-Schichten für die Verwendung des organischen Lochleiters spiro-OMeTAD benötigt. Zur Realisierung dieses Ziels wurden die experimentellen Rahmenbedingungen der elektrochemischen Abscheidung überprüft, Einflüsse auf die Abscheidung analysiert und der Abscheideprozess optimiert, sodass ZnO-Schichten mit hoher Reproduzierbarkeit und guter Schichtqualität abgeschieden werden konnten. Anschließend wurde an unter optimierten Bedingungen abgeschiedenen und farbstoffsensibilisierten ZnO-Schichten die Homogenität der von sichtbaren Licht induzierten Photospannung mittels der Kelvin-Rasterkraftmikroskopie gezeigt. Darüber hinaus wurde die lichtinduzierte Änderung der Photospannung zeitabhängig analysiert. Schnelle Änderungen der Photospannung wurden analysiert indem die deutliche höhere zeitliche Auflösung innerhalb eines Linienscans genutzt wurde. Untersuchungen an farbstoffsensibilisierten Solarzellen mit Elektrolytkontakt zeigten den Einfluss auf die Transporteigenschaften der ZnO-Schichten bei einer Veränderung des Anions in der Abscheidelösung. Zudem verifizierten diese Solarzellen die erreichte Qualität des elektrochemisch abgeschiedenen ZnO. Auf diesen Ergebnissen aufbauend wurde das Kontaktverhalten verschiedener elektrochemisch abgeschiedener und nicht elektrochemisch abgeschiedener ZnO-Schichten mit spiro-OMeTAD untersucht. Über die elektrochemische Abscheidung wurden kompakte ZnO-Schichten hergestellt, die hervorragend sperrende und gleichrichtende Eigenschaften im Vergleich zu TiO2-Referenzschichten besitzen. Eine Anpassung der porösen ZnO-Struktur wurde durch den Einsatz verschiedener strukturdirigierender Agenzien durchgeführt. Mit einer Mischung der strukturdirigierenden Agenzien EosinY und Cetyltrimethylammoniumbromid konnte eine nanoporöse ZnO-Struktur mit Poren im Bereich von 20 bis 25 nm etabliert werden, die für den Lochleiter eine gut zugängliche Oberflächentopographie bietet.Durch die Güte der kompakten ZnO-Schichten und die an den Lochleiter spiro-OMeTAD angepassten Porenstruktur der porösen ZnO-Schichten wurde für farbstoffsensibilisierte ZnO-Festkörpersolarzellen die bisher höchste Effizienz mit einem Wirkungsgrad von 0,95 % erreicht. Im Hinblick auf die Nutzung von flexiblen Festkörpersolarzellen wurde die Übertragung der Ergebnisse auf Textilien untersucht.

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