Inversion of the layer sequence in organic solar cells - Physical and technological aspects

Die Invertierung der Schichtreihenfolge in organischen Solarzellen ist motiviert durch die Möglichkeit, mit Hilfe des transparenten leitfähigen Polymers Poly-(3,4-ethylendioxythiophen):Poly(styrensulfonat), kurz PEDOT:PSS, eine kostengünstige und effiziente Parallelverschaltung zum Abführen des Photostroms auf großen Flächen zu realisieren. Dieses Verschaltungskonzept basiert auf der Durchkontaktierung dieser polymeren Elektrode zur Rückseite des Substrates, ähnlich dem von Siliziumsolarzellen bekannten Durchkontaktierungskonzept Emitter Wrap Through Concept, EWT). Da in der bisher für organische Solarzellen verwendeten Schichtreihenfolge die PEDOT:PSS Schicht als erste Schicht aufgebracht wird, im durchkontaktierten Zellkonzept jedoch als letzte Schicht durch die perforierte Solarzelle fließen muss, erfordert dieses Zellkonzept die Invertierung der Schichtreihenfolge. Neben dieser technologischen Motivation eröffnet die Umkehrung der Schichtreihenfolge jedoch auch neue Einblicke in grundlegende physikalische Aspekte der Funktionsweise, speziell der Ausbildung von elektrischen Kontakten zur photovoltaisch aktiven Schicht. Die Arbeit enthält wesentliche Aspekte auf dem Weg von Glas basierten Laborsolarzellen mit kleiner Fläche hin zu großflächig produzierbaren Plastiksolarzellenmodulen. Dazu gehören unter anderem die Untersuchung verschiedener Kontaktmaterialien und deren Einfluss auf die Langzeitstabilität unter kontinuierlicher Beleuchtung sowie theoretische Berechnungen zur Dimensionierung der Verschaltung und die praktische Demonstration eines monolithisch in Serie verschalteten durchkontaktierten organischen Solarzellenmoduls.