Solarzellen der 3. Generation

Transkript

1 Solarzellen der 3. Generation Karen Forberich i-meet: institute Materials for Electronics and Energy Technology FAU Erlangen-Nürnberg Erlangen, 7.April 2016

2 Motivation

3 Motivation

4 Inhalt Wie funktioniert eine Solarzelle? Was gibt es für unterschiedliche Solarzellentechnologien? Was ist das besondere an organischen (gedruckten) Solarzellen?

5 Solarzellen-Grundlagen Wie funktioniert eine Solarzelle? angeregter Zustand Elektron Licht Grundzustand Loch Die Funktion einer Solarzelle beruht auf der Absorption von Licht, die Elektronen in einen höheren energetischen Zustand versetzt einem Mechanismus, der Elektronen und Löcher voneinander trennt, so dass die Elektronen Arbeit an einem externen Verbraucher verrichten können

6 Solarzellen-Grundlagen Wie funktioniert eine Solarzelle? Beispiel Siliziumsolarzelle Jedes Silizium-Atom besitzt vier äußere Elektronen, die für die Bindung im Kristall verantwortlich sind Durch Absorption von Licht erhalten Elektronen zusätzliche Energie und können sich dadurch im Kristall bewegen

7 Solarzellen-Grundlagen Wie funktioniert eine Solarzelle? Beispiel Siliziumsolarzelle n-dotierter Bereich p-dotierter Bereich Durch n-dotierung werden zusätzliche Elektronen in den Kristall eingebracht Durch p-dotierung fehlen Elektronen auf den Gitterplätzen

8 Solarzellen-Grundlagen Wie funktioniert eine Solarzelle? Beispiel Siliziumsolarzelle E E Elektronen diffundieren aus dem n- in den p-bereich Dadurch bildet sich ein elektrisches Feld aus, das die durch Absorption von Licht erzeugten Elektronen und Löcher voneinander trennt

9 Solarzellen-Grundlagen Wie charakterisiert man eine Solarzelle?

10 Was gibt es für unterschiedliche Solarzellen? 1. Generation: mono- und polykristalline Siliziumzellen, Gallium-Arsenid 2. Generation: Dünnschicht-Zellen aus amorphen Silizium, CdTe, CIS, CIGS, organische Solarzellen, Perovskit- Solarzellen 3. Generation: unterschiedlichste Konzepte, die zu höheren Effizienzen führen können: Tandemzellen, Konzentration,...

11 Effizienzen unterschiedlicher Solarzellentechnologien OPV: Efficiencies

12 Organische Solarzellen: Grundlagen Wie funktioniert eine organische Solarzelle? konjugiertes Polymer (Donor) Elektronenübertrag von Donor auf Akzeptor sorgt für Ladungstrennung Fulleren-Derivat (Akzeptor)

13 Organische Solarzellen: Grundlagen Wie funktioniert eine organische Solarzelle?- Das Bulk-Heterojunction -Prinzip

14 Organische Solarzellen: Herstellung Wie werden organische Solarzellen hergestellt?

15 Organische Solarzellen: Grundlagen Wie werden organische Solarzellen hergestellt?

16 Organische Solarzellen: Anwendungen Sind organische Solarzellen wirklich eine preisgünstige Alternative zu Silizium-Solarzellen?

17 Organische Solarzellen: Anwendungen Was sind die besonderen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten organischer Solarzellen? Konarka

18 Organische Solarzellen: Anwendungen

19 Organische Solarzellen: Herstellung transparenter Module Silber-Nanodrähte: Ein Material für eine gedruckte transparente Elektrode 1µm Ein zusammenhängendes Netzwerk von Metalldrähten sorgt für elektrische Leitfähigkeit, Zwischenräume zwischen den Drähten sorgen für Transparenz.

20 Organische Solarzellen: Herstellung transparenter Module Silber-Nanodrähte: Ein Material für eine gedruckte transparente Elektrode Optische Eigenschaften: Hohe Transmission, geringe Trübung Krantz et al., Adv. Func.Mat. 21, 4784, 2011

21 Organische Solarzellen: Herstellung transparenter Module Herstellung von OPV-Modulen: Laserstrukturierung Linienbreite von weniger als ~50µm sorgt für ein homogenes Erscheinungsbild der Module

22 Organische Solarzellen: Herstellung transparenter Module Elektronenmikroskop-Aufnahme einer P2-Verbindung Der Querschnitt zeigt, dass die Nanodrähte direkten Kontakt zur unteren Elektrode haben.

23 Organische Solarzellen: Herstellung transparenter Module Elektronenmikroskop-Aufnahme einer P2-Verbindung Eine Aufsicht im Elektronenmikroskop bestätigt den direkten Kontakt.

24 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!