Multidimensionale photoresponsive Molekulararchitekturen für hochperformante Solarzellen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Cornelia Denz; Professor Dr. Nikos L. Doltsinis
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 333419941

Unser Projekt hat zum Ziel, optoelektronische Funktionalitäten multidimensionaler Architekturen mit Molekülen kleiner Bandlücke für die nächste Generation organischer Solarzellen (OSZ) zu verstehen, zu entwickeln und anzuwenden. Unser integraler Ansatz beinhaltet molekulare Netzwerke aus neuartigen Donatoren (D) und Akzeptoren (A), lichtverstärkten Ladungstransport in Kombination mit Morphologiekontrolle und innovativen lichterntenden Strukturen.Während wichtige Parameter wie die Anpassung der Energieniveaus und die Ladungsträgermobilität, die in vorherigen Phasen des TRR 61 untersucht wurden, schon vor der Herstellung sondiert werden können, ist die für die Optimierung zentrale Morphologie der aktiven Schicht schwer durch die Analyse der molekularen Struktur vorherzusagen. In diesem Projekt werden wir aufbauend auf bisherigen Resultaten einen Paradigmenwechsel von der Analyse zur Kontrolle der Morphologie und Architektur vollziehen, in dem wir selbstassemblierte Netzwerken und lichtinduzierter Strukturierung mit verbesserten Bausteinen kombinieren. Als Akzeptoren werden wir innovative Perylenbisimid-Derivate synthetisieren, deren funktionelle Gruppen komplexe 2d und 3d Strukturen bilden. Durch die Kombination von Materialdesign, Synthese und photovoltaischer Evaluation werden wir Donatoren mit hoher Mobilität und kleiner Bandlücke identifizieren. Die synergetische Optimierung von A und D Komponenten wird zu hocheffizienten OSZn führen.Während diese Strategie die molekulare Ordnung auf der Nanoskala beeinflusst, wird die aktive Schicht als letzten Schritt der Architekturkontrolle durch strukturierte Lichtmuster oder photoinduzierten Massetransfer auf der Mikroskala vernetzt. Diese Optimierung erfolgt im ständigen Wechselspiel mit der Entwicklung neuer D und A Komponenten sowie theoretischer Modellierung. So können wir nicht nur Ladungstrennung und -transfer beschleunigen, sondern auch komplexe äußere lichtleitende und -verteilende photonische Strukturen erzeugen und damit die Effizienz erheblich verbessern. Damit kontrolliert Licht die Morphologie, Oberflächenstruktur und Lichternte.Zusätzlich wird unsere Multiskalen-Modellierung ein fundamentales Verständnis der Beziehung zwischen molekularer Struktur und den elektrischen Eigenschaften der D und A Komponenten einerseits und der Effizienz anderseits liefern. Durch Kombination von quantenmechanischen, atomistischen sowie vergröberten MD-Simulationen werden wir die innere Struktur vorhersagen und so zu einer verbesserten Morphologie beitragen können. Der Effekt der molekularen Mobilität oder von Ordnung/Unordnungs-Übergängen auf die elektronischen Eigenschaften wird ebenfalls untersucht. Auf diese Weise trägt die theoretische Modellierung zur Entwicklung neuer Designs für die weitere Optimierung bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Großgeräte: Gloveboxsystem
• Gerätegruppe: 4670 Handschuhkästen, Schutzgasanlagen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yan Li; Dr. Xiaozhang Zhu