Prozess-Struktur Relationen für die lösungsmittelbasierte organische Photovoltaik

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph J. Brabec; Professor Dr. Jens Harting
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449539983

Organische Photovoltaik ist eine vielversprechende Dünnschicht-Solarzellentechnology, die einen wesentlichen Einfluss auf den zukünftigen Photovoltaikmarkt haben kann. Ein wesentlicher Vorteil der verwendeten organischen Materialen ist, dass lösungsmittelbasierte kostengünstige und schnelle Fertigungsprozesse verwendet werden können, die auch neuartige Anwendungen ermöglichen. Hierzu zählen flexible und semi-transparente Solarzellen. Allerdings bleibt es eine Herausforderung insbesondere für großflächige Solarzellen, die Effizienz und die Stabilität zu verbessern. Aktive organische Bulk Heteroübergänge bilden komplexe Strukturen während der Trocknung nassbeschichteter Lösungen, wofür komplexe physikalische Prozesse (Kristallisation/Phasentrennung) verantwortlich sind. Diese Strukturen haben jedoch einen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz einer Solarzelle. Um hier signifikante Verbesserungen zu erreichen, ist ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse während der Bildung der aktiven Schicht unabdingbar. Wir planen eine Simulationsumgebung basierend auf einer Kontinuumsbeschreibung zu entwickeln, die alle wesentlichen physikalischen Prozesse einbezieht, um die Struktur des getrockneten Films vorherzusagen. Hierzu zählen Verdampfung, Kristallnukleation und -Wachstum, Phasentrennung, hydrodynamische Vergröberung, sowie der zeitabhängige Anstieg der Viskosität. Wir werden dann Simulationen für echte Photovoltaiksysteme durchführen, wobei die benötigten Eingangsparameter mit sorgfältig durchgeführten experimentellen Messungen an den Ursprungsmaterialen bestimmt werden sollen. Die Simulationsergebnisse werden dann mit Hilfe von experimentellen in-situ Charakterisierungen des Trocknungsprozesses und der trockenen Filme validiert. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein validiertes Simulationswerkzeug zur Verfügung zu stellen, welches es erlaubt auf den physikalischen Eigenschaften basierende Designregeln für die Tintenformulierung und die Prozessparameter zu entwickeln, um die Kontrolle der photoaktiven Schichtstruktur zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen