KIP-Veröffentlichungen

Photothermale Ablenkungsspektroskopie (PAS) ist eine ultrasensitive Methode zur Bestimmung der Absorption von Dünnfilmproben und kann wertvolle Informationen über Zustände in der Bandlücke und andere optische Parameter von organischen und hybridischen Materialien für Solarzellen bereitstellen. Eine Kategorie solcher Bandlückenzustände sind lokalisierte Zustände, die als Fallen für separierte Ladungen in der photoaktiven Schicht einer Solarzelle wirken und deren Effizienz verringern, indem sie eine häufige Form der Ladungsrekombination ermöglichen.

Nachdem ein PAS-System eingerichtet und weiterentwickelt wurde, damit es die nötigen Anforderungen zur Messung solcher Zustände erfüllt, wird es für folgende, vielseitigen Messungen genutzt: Zunächst werden die Bandkanten einer Reihe neuer, potentieller Akzeptormaterialien vermessen. Desweiteren wird der Effekt des Dotierens und Modifizierens einer Ladungsextraktionsschicht auf ihre Bandlückenzustände untersucht. Zusätzlich werden zwei Degradationsstudien an einem organischen und einem hybridischen Aktiv-Schicht-Material durchgeführt, die die Formation von Bandlückenzuständen durch Umwelteeinflüsse zeigen. Anschließend liegt der Fokus auf Ladungs-Transfer-Zuständen, die lokalisiert sind an der Grenzfläche des Heteroüberganges der aktiven Schicht und verknüpft sind mit ihrer Morphologie.
In verteilten P3HT:PCBM Heteroübergängen werden diese Zustände identifiziert und anschließend versucht sie durch eine elektrische Potentialdifferenz zu manipulieren um Rückschlüsse auf ihr Verhalten während des Betreibens einer Solarzelle ziehen zu können. Leider ist die Detektierung der Effekte der angelegten Spannung durch den Einfluss der Absorption der benötigten Kontaktschichten enorm erschwert. Nichtsdestotrotz wird der konzeptionelle Nachweis zur Durchführung solcher Messungen erbracht und der Nutzen der PAS in der Erforschung von organischer Photovoltaik präsentiert.

Photothermal deflection spectroscopy (PDS) is an ultra-sensitive method to determine absorption of thin film samples and can provide valuable information about sub-bandgap states and other optical parameters of organic and hybrid solar cell materials. One category of such sub-bandgap states are localised states which act as traps for separated charges in the photoactive layer of a solar cell and decrease efficiency by providing a major channel for charge recombination.
After establishing and developing a PDS system such that it provides the necessary specification to measure such states, it is put to versatile use: initially the bandgap edges of a series of potential new acceptor materials are scanned. Furthermore the effect of doping and modifying a charge extraction layer on its sub-bandgap states is examined. In addition two degradation studies on an organic and a hybrid active layer material are conducted and show the formation of sub-bandgap states by environmental conditions. The focus is then set on morphology related charge transfer states localised at the interface of a heterojunction in an active layer. They are identified in a P3HT:PCBM bulk-heterojunction and subsequently efforts are made to modify them via voltage biasing in order to extract information over their behaviour in an operating device. Unfortunately the detection of effects of the biasing is enormously hindered by the absorption influence of the contacting layers. Nevertheless the proof of concept to perform such measurement, and the value of PDS in organic photovoltaic research is shown.