EP2132799A2 - Organic solar cell - Google Patents

Organic solar cell

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EP2132799A2
EP2132799A2 EP08734347A EP08734347A EP2132799A2 EP 2132799 A2 EP2132799 A2 EP 2132799A2 EP 08734347 A EP08734347 A EP 08734347A EP 08734347 A EP08734347 A EP 08734347A EP 2132799 A2 EP2132799 A2 EP 2132799A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
electron
solar cell
organic solar
cell according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08734347A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Marin Rusu
Martha Christina Lux-Steiner
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Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2132799A2 publication Critical patent/EP2132799A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
    • H10K30/821—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes comprising carbon nanotubes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
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    • H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof
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    • H10K85/321—Metal complexes comprising a group IIIA element, e.g. Tris (8-hydroxyquinoline) gallium [Gaq3]
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to an organic solar cell comprising two electrodes and arranged between them at least one at least two partial layers having photoactive layer, of which at least one sublayer emits electrons (donor) and at least one other sublayer accommodates electrons (acceptor), wherein between each electrode and the photoactive layer is an intermediate layer.
  • Such a solar cell is for example in Appl. Phys. Lett., Vol. 79, no. 1, 2nd June 2001, 126-128.
  • the solar cell described there is based on a CuPc donor sublayer and a C 6 O acceptor sublayer for the photoactive layer.
  • a PEDOT: PSS buffer layer is interposed between the ITO (anode) layer and the CuPc sublayer to better match the Fermi level of the ITO layer to the HOMO level of the CuPc layer.
  • the BCP buffer layer ensures the transport of the electrons from the C 60 layer to the Al cathode and blocks the transport of the excitons to the cathode, thereby preventing recombination.
  • DE 10326 546 A1 describes an organic solar cell with increased parallel resistance, which is based on a photoactive layer of two molecular components - an electron donor and an electron acceptor - wherein the region of the electron acceptors a cathode and the region of the electron donors an anode is associated. Between at least one of the electrodes and the photoactive layer is disposed an intermediate layer of asymmetric conductivity whose bandgap is greater than or equal to the bandgap of the photoactive layer.
  • the conduction band of the high electron mobility layer disposed between the active layer and the negative electrode is the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the electron acceptor and the valence band of the high hole mobility layer located between active layer and positive electrode is the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO ) of the electron donor is adjusted.
  • HOMO highest occupied molecular orbital
  • LUMO lowest unoccupied molecular orbital
  • the material of the light incident electrode is given, for example, Al, Cu, ITO. This electrode should preferably be transparent or semitransparent and / or have a lattice structure.
  • the object of the invention is therefore to provide a further arrangement for an organic solar cell, with which a higher efficiency and better stability than with previously known solar cell arrangements to be achieved.
  • the cathode facing the light incidence is designed as a transparent window in a multilayer arrangement
  • the photoactive layer is in the form of a homo or heterostructure between the cathode and the anode in such a way that the charge carriers are separated at two interfaces
  • ⁇ is the minimum of the conduction band of the transparent cathode to the interface with the photoactive layer such receiving between the HOMO and the LUMO level of the electron sublayer, ie HOMOAkz CBM ⁇ ⁇ a ⁇ th LUMOAKZ that the difference of the energy
  • Interface cathode and electron-receiving sub-layer is equal to or higher than the minimum of the conduction band of the cathode, ie CBM Ka t h ⁇ CBM PU ffi, and simultaneously
  • ⁇ the minimum of the conduction band of the buffer layer is not higher than the LUMO level of the electron-accepting sublayer, ie
  • the minimum of the conduction band of the buffer layer is higher than the LUMO level of the electron-accepting sublayer, ie LUMO Ak z ⁇ CBMp uff1 ,
  • the material of the anode (An) no or such a low barrier to the second buffer layer (Puff2) of doped material of the second sub-layer (l_ Do n) of the photoactive layer forms that the positive charge carriers, the interface of the second buffer layer (Puff2) to the anode (An) happen without losses.
  • the arrangement according to the invention allows effective separation of the charge carriers and their transport to the electrodes, as will be explained below.
  • the dissociation of the excitons takes place when light incidence in the inventive arrangement not only at an interface - as already known from the prior art - but at both interfaces of the electron-receiving sub-layer of the photoactive layer. That is, the charge carrier separation takes place both at the interface of the electron-accepting layer and the cathode and at the other interface of said sub-layer and the electron-donating sub-layer of the photoactive layer, whereby higher photocurrents can be realized.
  • the arrangement according to the invention can therefore also be referred to as a "bifacial structure" and uses the scattered light in the proposed layer sequence for efficient conversion.
  • this sub-layer can be made thicker in order to obtain the same number of charge carriers according to the prior art with an interface.
  • the material of the electron-accepting sub-layer is C- ⁇ o or CuPcFi ⁇ or ZnPcFi ⁇ and that of the electron-emitting sub-layer is CuPc or ZnPc. It has proved to be advantageous to form the electron-accepting partial layer very thinly, preferably approximately 10 nm, in order to tunnel the
  • the sub-layers can also have highly structured surfaces to further improve the efficiency of the solar cell, which is known to increase the interface / contact area of these two sub-layers.
  • the material of the electron-accepting sublayer is doped.
  • the doping is achieved by molecules or donor material, preferably the organic doping material is the material of the electron-emitting part-layer homogeneous distribution of the
  • Doping material provided in the electron-receiving sub-layer is between 3 and 10 mol. %.
  • the distribution of the doping material in the electron-accepting sublayer has a gradient such that the concentration of the donor molecules of 0% at the interface between the buffer layer formed as a further window layer and the electron-receiving sub-layer up to max , Is 100% at the interface between the electron-accepting sub-layer and the electron-donating sub-layer.
  • the concentration at the latter interface may also be less than 100%, whereby a step-shaped transition arises at this interface.
  • the thickness of the electron-accepting sub-layer doped in the manner described is between 40 nm and 70 nm.
  • the electron-receiving sub-layer is formed as a mixed layer of the material of the electron-receiving sub-layer and the material of the electron-emitting sub-layer.
  • the donor and acceptor clusters forming in the mixed layer form networks that ensure effective transport of holes and electrons.
  • the clusters may also be separated by a distance, resulting in a "hopping" or tunneling mechanism in the transport of the charge carriers.
  • Such an effective acceptor-donor layer structure ie a layer with the dimensions of the clusters necessary for effective transport, may be be prepared by co-evaporation or spin coating at low
  • the ratio of the two materials may vary to achieve effective parameters that have become the best characteristics but achieved for solar cells with a mixing ratio of the two materials of 1: 1. If the mixing ratio varies, this can also take place continuously, so that in the mixed layer the concentration of the electron-accepting sub-layer decreases from 100% on the side of the window layer to 0% on the side of the electron-emitting sub-layer and emits the concentration of the material of the electrons Partial layer changed in the mixed layer opposite.
  • the mobility of the holes can also be improved by the formation of the electron-receiving sub-layer as a strongly folded layer.
  • the material of the electron-receiving sub-layer and the material of the electron-emitting sub-layer penetrate each other. Disadvantages that arise in the above-mentioned possibility of a mixed layer as an electron-accepting sub-layer by forming a heterojunction in the volume are bypassed.
  • the donor-acceptor structure depends on the morphology of the first applied organic layer.
  • the formation of the electron-receiving sublayer (LAI ⁇ Z ) as a nanostructured layer in which the material of the electron-accepting sublayer (L Akz ) and the material of the electron-donating sublayer (LD O ⁇ ) interpenetrates leads to an improvement of the "folding concept This is due to a controlled formation of a monocrystalline organic starting layer with adjustable dimensions of the crystallites such as their height and width and their distance from each other, which dimensions should be comparable to the diffusion length of the excitons in the material used.
  • the thickness of the two-material and mutually penetrating electron-receiving sub-layer is between 30 nm and 80 nm.
  • the cathode formed as a transparent window in a multi-layer arrangement allows use of different materials, e.g. Materials that have different forbidden zones (band gaps), by means of different thicknesses, the targeted adjustment of an electric field at the cathode and thus the adjustment of the necessary for the transport of the charge carrier work function.
  • materials e.g. Materials that have different forbidden zones (band gaps)
  • the multilayer arrangement for the transparent cathode as a two-layer arrangement of ZnO: Al / i-ZnO.
  • This electrode is indium-free and cheaper to produce than ITO.
  • the organic material with a large forbidden zone of the further window layer formed as a buffer layer is Alq 3 (tris (8-hydroxyquinoline) aluminum) or CBP (4,4'-N, N'-dicarbazolyl-biphenyl).
  • this organic buffer layer Due to the electronic structure of this organic buffer layer, a better adaptation of the physical and electronic parameters of the inorganic front electrode / cathode to that of the photoactive layer, the absorber layer, is achieved.
  • the buffer layer completes the window layer of the solar cell.
  • the width of the forbidden zone of the buffer layer "cuts" off incident light having a wavelength in the UV range, since this wavelength range is responsible for the photodegradation of organic solar cells, resulting in increased stability of the cells.
  • the second buffer layer which is preferably formed of doped material of this electrode adjacent part-layer of the photoactive layer.
  • the material of the second buffer layer is CuPc: FeCl3.
  • this second buffer layer can also be formed from a material that transports holes but not electrons and excitons.
  • the anode / back electrode material has no barrier or low barrier to the second buffer layer such that the positive charge carriers pass without loss the buffer layer / anode interface.
  • the material of the back electrode / anode may be Al, Ag, Au, Ca, Mg or Ca / Al, Mg / Al, Mg / Ag.
  • an at least semitransparent anode is provided.
  • a transparent front electrode (cathode) and a semi-transparent back electrode (anode) the organic solar cell according to the invention can be irradiated from both directions (front and back) - after or at the same time.
  • the proposed solar cell effectively converts the incident light into electrical energy (indoor and outdoor lighting).
  • the solar cell according to the invention can be realized in the form of a superstrate configuration (with a transparent support, for example on glass substrate, the window layer, ie the transparent cathode, the photoactive layer and the rear contact), in which case the light is incident through the substrate, as well as a "common" substrate configuration (glass substrate / backside contact / photoactive Layer (absorber) / window layer) can be realized in an inverted structure. In the latter case, the light is incident through the window layer.
  • the material of the "usual" substrate - semitransparent or non-transparent - can also be metallic or crystalline or a polymer and also flexible.
  • the material of the superstrate is relatively freely selectable and depending on the application also a polymer or crystalline and also in turn flexible be.
  • the solar cell according to the invention can also be configured as a tandem solar cell and then has a charge carrier recombination zone between the second buffer layer of the top cell (1st cell) and the photoactive layer of the back cell (2nd cell), the recombination centers (noble metals (Au, Ag, Mg) nanoclusters) embedded in a ca.
  • a charge carrier recombination zone between the second buffer layer of the top cell (1st cell) and the photoactive layer of the back cell (2nd cell), the recombination centers (noble metals (Au, Ag, Mg) nanoclusters) embedded in a ca.
  • At least the bandgap of the electron donating sublayer should be lower so that charge carriers with a longer wavelength are absorbed compared to the same sublayer of the first photoactive layer.
  • the material for this sublayer may be ZnPc or TiOPc or other material known in the art. Since the partial layers of the solar cell according to the invention are formed very thin and not all radiation is absorbed in the first solar cell, the second solar cell is used thus the better utilization of the incident light spectrum and leads to the improvement of the efficiency.
  • the figure shows a schematic representation of the layer sequences and their electronic structure for an embodiment of the solar cell according to the invention in a superstrate configuration with a photoactive layer in heterostructure.
  • the layer sequence in the figure shows a window multilayer arrangement which is formed from a ZnO: Al layer K1 with a layer thickness of about 400 nm, an i-ZnO layer K2 with a layer thickness of about 90 nm and a first buffer layer Puffi from Alq3.
  • the width of the forbidden zone of Alq3 is 2.7 eV (n-type), this material is deposited in a thickness of about 10 nm.
  • the electron-accepting layer L- Akz - here C 6 o Adjacent to this first buffer layer Puffi, which cuts electromagnetic waves in the UV region, is the electron-accepting layer L- Akz - here C 6 o with a band gap of 1.7 eV to 2.3 eV and a thickness between 40 nm and 70 nm (n type).
  • the electron-emitting layer Lo o n is CuPc with a thickness of about 15 nm to 30 nm (p-type) and a bandgap of 1.7 eV.
  • the electron-accepting layer LAR Z can also be formed very thin, for example 10 nm.
  • Another possibility for this is the formation of the electron-accepting layer L Akz as 60 nm thick mixed layer C 6 o: CuPc, in which the C 6 o concentration of 100% on the side of the multi-layered window assembly to 0% on the side Donate electrons Layer l_ Do n falls. The CuPc concentration changes in the opposite direction.
  • a second buffer layer Puff2 of p-type CuPc: FeCl 3 is arranged in a thickness between 5 nm and 10 nm.
  • the anode An is made of Al.
  • the band matching is - as already described - realized according to the invention by the materials used so that takes place at the two boundary surfaces of the electron-accepting sub-layer L Akz the photoactive layer, a separation of the charge carriers.
  • the electrons are shown schematically with filled circles and the holes with empty circles.
  • charge carrier pairs (electron-hole pairs / excitons) are produced in the two partial layers L A , K L, L D O n of the photoactive layer.
  • the arrangement according to the invention causes the formation of electric fields in the present layer system such that these excitons migrate both to the donor / acceptor interface and to the acceptor / cathode interface, where they dissociate into electrons and holes and then transport these charge carriers to the corresponding electrodes become (represented by arrows). Since the separation of the charge carrier pairs takes place at two boundary surfaces which satisfy the energetic distances-as described-a substantially improved efficiency is achieved with this solution compared to organic solar cells which are known from the prior art.

Abstract

The invention relates to an arrangement for an organic solar cell comprising two electrodes (Kath, An), and disposed between the same a photoactive layer having at least two partial layers, of which at least one partial layer (LDon) emits electrons (donator), and at least one other partial layer (LAkz) receives electrons (acceptor), wherein an intermediate layer (Puff1, Puff2) is disposed between an electrode and the photoactive layer, wherein higher efficiency and improved stability are to be achieved using this arrangement compared to currently known solar cell arrangements. In the arrangement according to the invention, the cathode (Kath) facing the incident light is configured as a transparent window in a multi-layer arrangement, the photoactive layer is configured as a homo- or hetero-structure between the cathode (Kath) and the anode (An) such that a separation of the charge carriers occurs at two interfaces, the partial layer (LAkz) of the photoactive layer receiving the electrons is disposed adjacent to the cathode (Kath), und the partial layer (LDon) of the photoactive layer emitting the electrons is disposed adjacent to the anode (An). The energetic properties of the materials of such an arrangement are defined.

Description

Bezeichnung description
Organische SolarzelleOrganic solar cell
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine organische Solarzelle, aufweisend zwei Elektroden und zwischen diesen angeordnet mindestens eine mindestens zwei Teilschichten aufweisende photoaktive Schicht, von denen mindestens eine Teilschicht Elektronen abgibt (Donator) und mindestens eine andere Teilschicht Elektronen aufnimmt (Akzeptor), wobei zwischen jeweils einer Elektrode und der photoaktiven Schicht eine Zwischenschicht angeordnet ist.The invention relates to an organic solar cell comprising two electrodes and arranged between them at least one at least two partial layers having photoactive layer, of which at least one sublayer emits electrons (donor) and at least one other sublayer accommodates electrons (acceptor), wherein between each electrode and the photoactive layer is an intermediate layer.
Eine derartige Solarzelle ist beispielsweise in Appl. Phys. Lett., Vol. 79, No. 1 , 2. JuIy 2001 , 126 - 128 beschrieben. Die dort beschriebene Solarzelle basiert auf einer CuPc-Donator-Teilschicht und einer C6o-Akzeptor-Teilschicht für die photoaktive Schicht. Eine PEDOT: PSS-Pufferschicht ist zwischen der ITO- Schicht (Anode) und der CuPc-Teilschicht angeordnet, um eine bessere Anpassung des Fermi-Niveaus der ITO-Schicht an das HOMO-Niveau der CuPc-Schicht zu erreichen. Die BCP-Pufferschicht sichert den Transport der Elektronen von der C60-Schicht zur AI-Kathode und blockiert den Transport der Excitonen zur Kathode und verhindert damit die Rekombination. Eine Trennung der Ladungsträger, Elektronen und Löcher, die entsprechend in den Absorberteilschichten CuPc und C6o erzeugt werden, erfolgt bei dieser Anordnung an der Grenzfläche der beiden Teilschichten der photoaktiven Schicht.Such a solar cell is for example in Appl. Phys. Lett., Vol. 79, no. 1, 2nd June 2001, 126-128. The solar cell described there is based on a CuPc donor sublayer and a C 6 O acceptor sublayer for the photoactive layer. A PEDOT: PSS buffer layer is interposed between the ITO (anode) layer and the CuPc sublayer to better match the Fermi level of the ITO layer to the HOMO level of the CuPc layer. The BCP buffer layer ensures the transport of the electrons from the C 60 layer to the Al cathode and blocks the transport of the excitons to the cathode, thereby preventing recombination. A separation of the charge carriers, electrons and holes, which are generated correspondingly in the absorber sublayers CuPc and C 6 o, takes place in this arrangement at the interface of the two partial layers of the photoactive layer.
In DE 10326 546 A1 ist eine organische Solarzelle mit erhöhtem Parallelwiderstand beschrieben, die auf einer photoaktiven Schicht aus zwei molekularen Komponenten - einem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptor - basiert, wobei dem Bereich der Elektronenakzeptoren eine Kathode und dem Bereich der Elektronendonatoren eine Anode zugeordnet ist. Zwischen zumindest einer der Elektroden und der photoaktiven Schicht ist eine Zwischenschicht mit asymmetrischer Leitfähigkeit angeordnet, deren Bandlücke größer oder gleich der Bandlücke der photoaktiven Schicht ist. Hierbei ist das Leitungsband der zwischen der aktiven Schicht und der negativen Elektrode angeordneten Schicht mit hoher Elektronenmobilität an das höchste besetzte Molekülorbital (HOMO) des Elektronenakzeptors und das Valenzband der zwischen aktiver Schicht und positiver Elektrode angeordneten Schicht mit hoher Löchermobilität an das niedrigste unbesetzte Molekülorbital (LUMO) des Elektronendonators angepasst ist. Für das Material der dem Lichteinfall zugewandten Elektrode wird beispielsweise AI, Cu, ITO angegeben. Diese Elektrode sollte vorzugsweise durchsichtig bzw. semitransparent sein und/oder eine Gitterstruktur aufweisen.DE 10326 546 A1 describes an organic solar cell with increased parallel resistance, which is based on a photoactive layer of two molecular components - an electron donor and an electron acceptor - wherein the region of the electron acceptors a cathode and the region of the electron donors an anode is associated. Between at least one of the electrodes and the photoactive layer is disposed an intermediate layer of asymmetric conductivity whose bandgap is greater than or equal to the bandgap of the photoactive layer. Here, the conduction band of the high electron mobility layer disposed between the active layer and the negative electrode is the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the electron acceptor and the valence band of the high hole mobility layer located between active layer and positive electrode is the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO ) of the electron donor is adjusted. For the material of the light incident electrode is given, for example, Al, Cu, ITO. This electrode should preferably be transparent or semitransparent and / or have a lattice structure.
Eine Erhöhung der Effizienz und eine bessere Stabilität bei geringen Produktionskosten wird bisher über die Verbesserung der Technologien für die Herstellung bekannter organischer Solarzellenstrukturen angestrebt.An increase in efficiency and better stability at low production costs has been sought so far by improving the technologies for the production of known organic solar cell structures.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine weitere Anordnung für eine organische Solarzelle anzugeben, mit der eine höhere Effizienz und bessere Stabilität als mit bisher bekannten Solarzellenanordnungen erreicht werden soll.The object of the invention is therefore to provide a further arrangement for an organic solar cell, with which a higher efficiency and better stability than with previously known solar cell arrangements to be achieved.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Solarzelle der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by a solar cell of the type mentioned above with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Danach ist:After that is:
- die dem Lichteinfall zugewandte Kathode als transparentes Fenster in einer Mehrschichtanordnung ausgebildet, - die photoaktive Schicht als Homo- oder Heterostruktur derart zwischen der Kathode und der Anode ausgebildet, dass eine Trennung der Ladungsträger an zwei Grenzflächen erfolgt,the cathode facing the light incidence is designed as a transparent window in a multilayer arrangement, the photoactive layer is in the form of a homo or heterostructure between the cathode and the anode in such a way that the charge carriers are separated at two interfaces,
- die Elektronen aufnehmende Teilschicht der photoaktiven Schicht der Kathode benachbart und die Elektronen abgebende Teilschicht der photoaktiven Schicht der Anode benachbart angeordnet, wobei- The electron-receiving sub-layer of the photoactive layer adjacent to the cathode and the electron-emitting sub-layer of the photoactive layer of the anode adjacent, wherein
■ das Minimum des Leitungsbandes der transparenten Kathode an der Grenzfläche zur photoaktiven Schicht derart zwischen dem HOMO- und dem LUMO-Niveau der Elektronen aufnehmenden Teilschicht liegt, d.h. HOMOAkz ≤ CBMκath ≤ LUMOAKZ , dass die Differenz der energetischen ■ is the minimum of the conduction band of the transparent cathode to the interface with the photoactive layer such receiving between the HOMO and the LUMO level of the electron sublayer, ie HOMOAkz CBMκ ≤ a ≤ th LUMOAKZ that the difference of the energy
Lage des HOMO-Niveaus der Elektronen aufnehmenden Teilschicht und des Minimums des Leitungsbandes der transparenten Kathode mindestens der Dissoziationsenergie der schwach gebundenen Excitonen entspricht, d.h. | HOMOAkz - CBMκath | ≥ EEXCDISS und gleichzeitig ■ die Differenz der energetischen Lage des Minimums des Leitungsbandes der transparenten Kathode und des LUMO-Niveaus der Elektronen aufnehmenden Teilschicht ausreichend für einen effektiven Transport der Elektronen von der Elektronen aufnehmenden Teilschicht zur Kathode ist, d.h. | LUMOAkz - CBMKath | > ETransp, - die zwischen Kathode und dieser zugewandten Teilschicht angeordnete Zwischenschicht, der Elektronen aufnehmende Teilschicht, als eine erste Pufferschicht aus einem organischen Material mit einer für Licht mit Wellenlängen im UV-Bereich undurchlässigen Bandlücke als weitere Fensterschicht ausgebildet, wobei ■ das Minimum des Leitungsbandes der ersten Pufferschicht an derPosition of the HOMO level of the electron-accepting sublayer and the minimum of the conduction band of the transparent cathode at least equal to the dissociation energy of the weakly bound excitons, ie | HOMOAkz - CBMK a th | ≥ EEXCDISS and at the same time ■ the difference of the energetic position of the minimum of the conduction band of the transparent cathode and the LUMO level of the electron-accepting sublayer is sufficient for an effective transport of the electrons from the electron-accepting sublayer to the cathode, ie | LUMO A kz - CBM K ath | > E T ransp, - formed between the cathode and this facing sublayer intermediate layer, the electron-receiving sublayer, as a first buffer layer of an organic material having a light with wavelengths in the UV range impermeable band gap as another window layer, where ■ the minimum of the conduction band of the first buffer layer at the
Grenzfläche Kathode und Elektronen aufnehmenden Teilschicht gleich hoch wie oder höher liegt als das Minimum des Leitungsbandes der Kathode, d.h. CBMKath ≤ CBMPUffi, und gleichzeitigInterface cathode and electron-receiving sub-layer is equal to or higher than the minimum of the conduction band of the cathode, ie CBM Ka t h ≤ CBM PU ffi, and simultaneously
■ das Minimum des Leitungsbandes der Pufferschicht nicht höher liegt als das LUMO-Niveau der Elektronen aufnehmenden Teilschicht, d.h. ■ the minimum of the conduction band of the buffer layer is not higher than the LUMO level of the electron-accepting sublayer, ie
CBMpufH ≤ LUMOAkz oder ■ für sehr dünne Schichten bei Vorliegen des Tunneleffekts das Minimum des Leitungsbandes der Pufferschicht höher liegt als das LUMO-Niveau der Elektronen aufnehmenden Teilschicht, d.h. LUMOAkz < CBMpuff1,CBMpufH ≤ LUMO Ak z or For very thin layers in the presence of the tunnel effect, the minimum of the conduction band of the buffer layer is higher than the LUMO level of the electron-accepting sublayer, ie LUMO Ak z <CBMp uff1 ,
- die zwischen Anode (An) und dieser zugewandten anderen Teilschicht, der Elektronen abgebenden Teilschicht, angeordnete Zwischenschicht als zweite Pufferschicht ausgebildet und- The between the anode (An) and this facing other sub-layer, the electron-emitting sub-layer, arranged intermediate layer formed as a second buffer layer and
- das Material der Anode (An) keine oder eine solch niedrige Barriere zur zweiten Pufferschicht (Puff2) aus dotiertem Material der zweiten Teilschicht (l_Don) der photoaktiven Schicht bildet, dass die positiven Ladungsträger die Grenzfläche der zweiten Pufferschicht (Puff2) zur Anode (An) ohne Verluste passieren.- The material of the anode (An) no or such a low barrier to the second buffer layer (Puff2) of doped material of the second sub-layer (l_ Do n) of the photoactive layer forms that the positive charge carriers, the interface of the second buffer layer (Puff2) to the anode (An) happen without losses.
Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet eine effektive Trennung der Ladungsträger und deren Transport zu den Elektroden, wie im Folgenden ausgeführt werden soll.The arrangement according to the invention allows effective separation of the charge carriers and their transport to the electrodes, as will be explained below.
Die Dissoziation der Excitonen erfolgt bei Lichteinfall in der erfindungsgemäßen Anordnung nicht nur an einer Grenzfläche - wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt - , sondern an beiden Grenzflächen der Elektronen aufnehmenden Teilschicht der photoaktiven Schicht. Das heißt, die Ladungsträgertrennung findet sowohl an der Grenzfläche der Elektronen aufnehmenden Schicht und der Kathode als auch an der anderen Grenzfläche der genannten Teilschicht und der die Elektronen abgebenden Teilschicht der photoaktiven Schicht statt, wodurch höhere Photoströme realisierbar sind. Die erfindungsgemäße Anordnung kann also auch als „bifacial structure" (zweiseitige Struktur) bezeichnet werden und nutzt das Streulicht in der vorgeschlagenen Schichtenfolge für eine effiziente Umwandlung. Die Ladungstrennung an den beiden erwähnten Grenzflächen erfolgt für die beiden Ladungsträgerarten - Elektronen und Löcher - in unterschiedliche Richtungen, d.h. jeweils in Richtung der Elektroden. Da die Excitonen an beiden Grenzflächen der Elektronen aufnehmenden Schicht dissoziiert werden, kann die Dicke dieser Teilschicht im Vergleich zu bekannten Solarzellen aus dem Stand der Technik vergrößert werden, d.h. um die selbe Anzahl von Ladungsträgern gemäß Stand der Technik mit einer Grenzfläche zu erhalten, kann in der erfindungsgemäßen Lösung diese Teilschicht dicker ausgeführt sein.The dissociation of the excitons takes place when light incidence in the inventive arrangement not only at an interface - as already known from the prior art - but at both interfaces of the electron-receiving sub-layer of the photoactive layer. That is, the charge carrier separation takes place both at the interface of the electron-accepting layer and the cathode and at the other interface of said sub-layer and the electron-donating sub-layer of the photoactive layer, whereby higher photocurrents can be realized. The arrangement according to the invention can therefore also be referred to as a "bifacial structure" and uses the scattered light in the proposed layer sequence for efficient conversion. <br/><br/> The charge separation at the two mentioned boundary surfaces takes place in different directions for the two types of charge carriers - electrons and holes ie, in each case in the direction of the electrodes Since the excitons are dissociated at both interfaces of the electron-accepting layer, the thickness of this partial layer can be compared to In the solution according to the invention, this sub-layer can be made thicker in order to obtain the same number of charge carriers according to the prior art with an interface.
In Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht C-βo oder CuPcFiβ oder ZnPcFiβ und das der Elektronen abgebenden Teilschicht CuPc oder ZnPc ist. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, die Elektronen aufnehmende Teilschicht sehr dünn, vorzugsweise ca. 10 nm, auszubilden, um ein Tunneln derIn embodiments of the invention it is provided that the material of the electron-accepting sub-layer is C-βo or CuPcFiβ or ZnPcFiβ and that of the electron-emitting sub-layer is CuPc or ZnPc. It has proved to be advantageous to form the electron-accepting partial layer very thinly, preferably approximately 10 nm, in order to tunnel the
Ladungsträger durch diese Schicht zu gewährleisten. Die Teilschichten können zur weiteren Verbesserung der Effizienz der Solarzelle auch hoch strukturierte Oberflächen aufweisen, wodurch bekanntermaßen eine Vergrößerung der Grenzfläche/Kontaktfläche dieser beiden Teilschichten erreicht wird.To ensure charge carriers through this layer. The sub-layers can also have highly structured surfaces to further improve the efficiency of the solar cell, which is known to increase the interface / contact area of these two sub-layers.
Die Beweglichkeit von Löchern in organischen Elektronen aufnehmenden Schichten (Akzeptorschichten) ist viel kleiner als die von Elektronen. Um die Verluste, die hierdurch während der Bewegung der Löcher zur Anode der organischen Solarzelle auftreten können, zu verringern, werden die folgenden erfindungsgemäßen Maßnahmen realisiert.The mobility of holes in organic electron-accepting layers (acceptor layers) is much smaller than that of electrons. In order to reduce the losses that can thereby occur during the movement of the holes to the anode of the organic solar cell, the following measures according to the invention are realized.
Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Beweglichkeit der Löcher besteht darin, dass das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAI<Z) dotiert ist. Organische oder anorgansiche Verunreinigungen sichern hierbei einen effektiven Transport der Löcher mittels „hopping"-Mechanismus. Im Falle von organischen Verunreinigungen wird die Dotierung durch Moleküle oder Donatormaterial erreicht, vorzugsweise ist das organische Dotierungsmaterial das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht. In einer Ausführungsform hierzu ist eine homogene Verteilung desOne way to increase the mobility of the holes is that the material of the electron-accepting sublayer (LAI < Z ) is doped. In the case of organic contaminants, the doping is achieved by molecules or donor material, preferably the organic doping material is the material of the electron-emitting part-layer homogeneous distribution of the
Dotierungsmaterials in der Elektronen aufnehmenden Teilschicht vorgesehen. Die Konzentration des Dotierungsmaterials beträgt zwischen 3 und 10 mol. %. In einer anderen Ausführungsform weist die Verteilung des Dotierungsmaterials in der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) einen derartigen Gradienten auf, dass die Konzentration der Donatormoleküle von 0 % an der Grenzfläche zwischen der als weitere Fensterschicht ausgebildeten Pufferschicht und der Elektronen aufnehmenden Teilschicht bis zu max. 100 % an der Grenzfläche zwischen der Elektronen aufnehmenden Teilschicht und der Elektronen abgebenden Teilschicht beträgt. Je nach Anwendungszweck und/oder Schichtstruktur kann die Konzentration an der letztgenannten Grenzfläche auch kleiner 100 % sein, wodurch ein stufenförmiger Übergang an dieser Grenzfläche entsteht. Die Dicke der in der beschriebenen Weise dotierten die Elektronen aufnehmenden Teilschicht beträgt zwischen 40 nm und 70 nm.Doping material provided in the electron-receiving sub-layer. The concentration of the doping material is between 3 and 10 mol. %. In another embodiment, the distribution of the doping material in the electron-accepting sublayer (L Ak z) has a gradient such that the concentration of the donor molecules of 0% at the interface between the buffer layer formed as a further window layer and the electron-receiving sub-layer up to max , Is 100% at the interface between the electron-accepting sub-layer and the electron-donating sub-layer. Depending on the application and / or layer structure, the concentration at the latter interface may also be less than 100%, whereby a step-shaped transition arises at this interface. The thickness of the electron-accepting sub-layer doped in the manner described is between 40 nm and 70 nm.
Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Beweglichkeit der Löcher besteht darin, dass die Elektronen aufnehmende Teilschicht als Mischschicht aus dem Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht und dem Material der Elektronen abgebenden Teilschicht gebildet ist. Die in der Mischschicht sich bildenden Donator- und Akzeptor-Cluster formen Netzwerke, die einen effektiven Transport der Löcher und Elektronen entsprechend gewährleisten. Die Cluster können auch durch einen Abstand voneinander getrennt sein, was zu einem „hopping"- oder Tunnelmechanismus beim Transport der Ladungsträger führt. Eine solche effektive Akzeptor-Donator-Schichtstruktur, d.h. eine Schicht mit den für einen effektiven Transport notwendigen Abmessungen der Cluster, kann auf folgenden Wegen hergestellt werden: Durch Co-Verdampfung oder Rotationsbeschichtung bei niedrigenAnother possibility for increasing the mobility of the holes is that the electron-receiving sub-layer is formed as a mixed layer of the material of the electron-receiving sub-layer and the material of the electron-emitting sub-layer. The donor and acceptor clusters forming in the mixed layer form networks that ensure effective transport of holes and electrons. The clusters may also be separated by a distance, resulting in a "hopping" or tunneling mechanism in the transport of the charge carriers Such an effective acceptor-donor layer structure, ie a layer with the dimensions of the clusters necessary for effective transport, may be be prepared by co-evaporation or spin coating at low
Temperaturen, z.B. Raumtemperatur, und anschließender thermischer Behandlung zur Ausbildung optimaler Abmessungen der Cluster, ihrer Abstände zueinander und/oder ihrer Verknüpfung miteinander. Eine andere Möglichkeit ist die Ausbildung der Mischschicht direkt bei erhöhter Temperatur. In Abhängigkeit der Ausbildung der anderen Schichten für eine organische Solarzelle kann das Verhältnis der beiden Materialien für das Erreichen effektiver Parameter variieren, die besten Kenndaten wurden jedoch für Solarzellen mit einem Mischverhältnis der beiden Materialien von 1 : 1 erzielt. Variiert das Mischverhältnis, kann dies auch kontinuierlich erfolgen, so dass sich in der Mischschicht die Konzentration der Elektronen aufnehmenden Teilschicht von 100 % auf der Seite der Fensterschicht bis zu 0 % auf der Seite der Elektronen abgebenden Teilschicht verringert und die Konzentration des Materials der Elektronen abgebenden Teilschicht sich in der Mischschicht entgegengesetzt verändert.Temperatures, eg room temperature, and subsequent thermal treatment to form optimal dimensions of the cluster, their distances from each other and / or their interconnection. Another possibility is the formation of the mixed layer directly at elevated temperature. Depending on the design of the other layers for an organic solar cell, the ratio of the two materials may vary to achieve effective parameters that have become the best characteristics but achieved for solar cells with a mixing ratio of the two materials of 1: 1. If the mixing ratio varies, this can also take place continuously, so that in the mixed layer the concentration of the electron-accepting sub-layer decreases from 100% on the side of the window layer to 0% on the side of the electron-emitting sub-layer and emits the concentration of the material of the electrons Partial layer changed in the mixed layer opposite.
Die Beweglichkeit der Löcher kann auch durch die Ausbildung der die Elektronen aufnehmenden Teilschicht als stark gefaltete Schicht verbessert werden. In einer solchen Schicht durchdringen sich das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht und das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht gegenseitig. Nachteile, die bei der vorerwähnten Möglichkeit einer Mischschicht als Elektronen aufnehmende Teilschicht durch Ausbildung eines HeteroÜberganges im Volumen entstehen, werden dabei umgangen. Die Donator-Akzeptor-Struktur hängt hierbei von der Morphologie der zuerst aufgebrachten organischen Schicht ab.The mobility of the holes can also be improved by the formation of the electron-receiving sub-layer as a strongly folded layer. In such a layer, the material of the electron-receiving sub-layer and the material of the electron-emitting sub-layer penetrate each other. Disadvantages that arise in the above-mentioned possibility of a mixed layer as an electron-accepting sub-layer by forming a heterojunction in the volume are bypassed. The donor-acceptor structure depends on the morphology of the first applied organic layer.
Auch die Ausbildung der die Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAI<Z) als nanostrukturierte Schicht, in der sich das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) und das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDOΠ) gegenseitig durchdringt, führt als Verbesserung des „Faltungskonzepts" ebenso zu einer größeren Beweglichkeit der Löcher. Dies ist zurückzuführen auf eine kontrollierte Formierung einer einkristallinen organischen Ausgangsschicht mit einstellbaren Abmessungen der Kristallite wie ihrer Höhe und Breite sowie ihres Abstandes zueinander, wobei diese Abmessungen vergleichbar mit der Diffusionslänge der Excitonen im verwendeten Material sein sollten. Wird nun darauf eine weitere organische Schicht aufgebracht, die die erste Schicht durchdringt, sind Wege für den Transport der separierten Ladungsträger in beide Richtungen gewährleistet. Die verbesserte Kristallinität führt zu einer höheren Ladunsgträgerbeweglichkeit und damit zu einem verbesserten Ladungsträgertransport. Damit scheint die Ausbildung organischer Solarzellen mit dickeren aktiven Schichten und somit mit verbesserter Absorption möglich zu werden.Also, the formation of the electron-receiving sublayer (LAI < Z ) as a nanostructured layer in which the material of the electron-accepting sublayer (L Akz ) and the material of the electron-donating sublayer (LD OΠ ) interpenetrates, leads to an improvement of the "folding concept This is due to a controlled formation of a monocrystalline organic starting layer with adjustable dimensions of the crystallites such as their height and width and their distance from each other, which dimensions should be comparable to the diffusion length of the excitons in the material used. If a further organic layer penetrating the first layer is then applied thereon, ways for the transport of the separated charge carriers in both directions are ensured.The improved crystallinity leads to a higher charge carrier mobility and thus to a v erbesserten Charge carrier transport. Thus, the formation of organic solar cells with thicker active layers and thus with improved absorption seems possible.
Die Dicke der aus zwei Materialien bestehenden und sich gegenseitig durchdringenden Elektronen aufnehmenden Teilschicht beträgt zwischen 30 nm und 80 nm.The thickness of the two-material and mutually penetrating electron-receiving sub-layer is between 30 nm and 80 nm.
Die als transparentes Fenster in einer Mehrschichtanordnung ausgebildete Kathode ermöglicht durch Verwendung unterschiedlicher Materialien, d.h. Materialien, die unterschiedliche verbotene Zonen (Bandlücken) aufweisen, mittels unterschiedlicher Dicken die gezielte Einstellung eines elektrischen Feldes an der Kathode und damit die Einstellung der für den Transport der Ladungsträger notwendigen Austrittsarbeit.The cathode formed as a transparent window in a multi-layer arrangement allows use of different materials, e.g. Materials that have different forbidden zones (band gaps), by means of different thicknesses, the targeted adjustment of an electric field at the cathode and thus the adjustment of the necessary for the transport of the charge carrier work function.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Mehrschichtanordnung für die transparente Kathode als Zweischichtanordnung aus ZnO:AI/i-ZnO auszubilden. Diese Elektrode ist Indium-frei und in ihrer Herstellung billiger als ITO.In one embodiment of the invention, it is provided to form the multilayer arrangement for the transparent cathode as a two-layer arrangement of ZnO: Al / i-ZnO. This electrode is indium-free and cheaper to produce than ITO.
Das organische Material mit großer verbotener Zone der als Pufferschicht ausgebildeten weiteren Fensterschicht ist AIq3 (tris(8-hydroxyquino- line)aluminium) oder CBP (4,4'-N,N'-dicarbazolyl-biphenyl).The organic material with a large forbidden zone of the further window layer formed as a buffer layer is Alq 3 (tris (8-hydroxyquinoline) aluminum) or CBP (4,4'-N, N'-dicarbazolyl-biphenyl).
Durch die elektronische Struktur dieser organischen Pufferschicht wird eine bessere Anpassung der physikalischen und elektronischen Parameter der anorganischen Frontelektrode/Kathode an die der photoaktiven Schicht, der Absorberschicht, erreicht. Die Pufferschicht komplettiert die Fensterschicht der Solarzelle. Durch die Breite der verbotene Zone der Pufferschicht wird einfallendes Licht mit einer Wellenlänge im UV-Bereich „abgeschnitten". Da dieser Wellenlängenbereich verantwortlich für die Photodegradation von organischen Solarzellen ist, wird eine erhöhte Stabilität der Zellen erreicht. Auf der Seite der Rückelektrode/Anode wird die Einstellung des für den Transport der Ladungsträger zur Anode notwendigen elektrischen Feldes durch die zweite Pufferschicht erreicht, die vorzugsweise aus dotiertem Material der dieser Elektrode benachbarten Teilschicht der photoaktiven Schicht gebildet ist. Hierdurch wird die Rekombination der Ladungsträger an der Grenzfläche photoaktive Schicht und Rückelektrode/Anode verringert, wodurch eine weitere Erhöhung der Photoströme realisierbar ist. Es ist vorgesehen, dass das Material der zweiten Pufferschicht CuPc:FeCl3 ist. Diese zweite Pufferschicht kann aber auch aus einem Material gebildet sein, das Löcher transportiert, Elektronen und Excitonen jedoch nicht.Due to the electronic structure of this organic buffer layer, a better adaptation of the physical and electronic parameters of the inorganic front electrode / cathode to that of the photoactive layer, the absorber layer, is achieved. The buffer layer completes the window layer of the solar cell. The width of the forbidden zone of the buffer layer "cuts" off incident light having a wavelength in the UV range, since this wavelength range is responsible for the photodegradation of organic solar cells, resulting in increased stability of the cells. On the side of the back electrode / anode, the adjustment of the necessary for the transport of the charge carrier to the anode electric field is achieved by the second buffer layer, which is preferably formed of doped material of this electrode adjacent part-layer of the photoactive layer. As a result, the recombination of the charge carriers at the photoactive layer and back electrode / anode interface is reduced, as a result of which a further increase in the photocurrents can be achieved. It is envisaged that the material of the second buffer layer is CuPc: FeCl3. However, this second buffer layer can also be formed from a material that transports holes but not electrons and excitons.
Zur weiteren Verbesserung des Transports der Ladunsgträger weist das Material der Anode/Rückelektrode keine Barriere oder eine solche niedrige Barriere zur zweiten Pufferschicht auf, dass die positiven Ladungsträger ohne Verluste die Pufferschicht/Anode Grenzfläche passieren. Das Material der Rückelektrode/Anode kann AI, Ag, Au, Ca, Mg oder Ca/Al, Mg/AI, Mg/Ag sein.To further enhance the transport of the charge carriers, the anode / back electrode material has no barrier or low barrier to the second buffer layer such that the positive charge carriers pass without loss the buffer layer / anode interface. The material of the back electrode / anode may be Al, Ag, Au, Ca, Mg or Ca / Al, Mg / Al, Mg / Ag.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine mindestens semitransparente Anode vorgesehen. Mit einer transparenten Frontelektrode (Kathode) und einer semitransparenten Rückelektrode (Anode) kann die erfindungsgemäße organische Solarzelle aus beiden Richtungen (Front- und Rückseite) bestrahlt werden - nacheinader oder gleichzeitig. Damit wandelt die vorgeschlagene Solarzelle effektiv das einfallende Licht in elektrische Energie um (Innen- und Außenbeleuchtung).In another embodiment of the invention, an at least semitransparent anode is provided. With a transparent front electrode (cathode) and a semi-transparent back electrode (anode), the organic solar cell according to the invention can be irradiated from both directions (front and back) - after or at the same time. Thus, the proposed solar cell effectively converts the incident light into electrical energy (indoor and outdoor lighting).
Die erfindungsgemäße Solarzelle kann sowohl - wie oben bereits beschrieben - als Superstrat-Konfiguration (mit transparentem Träger, z. B. auf Glassubstrat sind die Fensterschicht, d.h. die transparente Kathode, die photoaktive Schicht und der Rückseitenkontakt angeordnet) realisiert sein, wobei in diesem Falle der Lichteinfall durch das Substrat erfolgt, - als auch als „übliche" Substrat-Konfiguration (Glassubstrat/Rückseitenkontakt/photoaktive Schicht (Absorber)/Fensterschicht) in einer invertierten Struktur realisiert werden. Im letzten Fall erfolgt der Lichteinfall durch die Fensterschicht. Das Material des „üblichen" Substrats - semitransparent oder nicht-transparent - kann auch metallisch oder kristallin oder ein Polymer und auch flexibel sein. Auch das Material des Superstrats ist relativ frei wählbar und kann je nach Anwendung ebenfalls ein Polymer oder kristallin und auch wiederum flexibel sein.As described above, the solar cell according to the invention can be realized in the form of a superstrate configuration (with a transparent support, for example on glass substrate, the window layer, ie the transparent cathode, the photoactive layer and the rear contact), in which case the light is incident through the substrate, as well as a "common" substrate configuration (glass substrate / backside contact / photoactive Layer (absorber) / window layer) can be realized in an inverted structure. In the latter case, the light is incident through the window layer. The material of the "usual" substrate - semitransparent or non-transparent - can also be metallic or crystalline or a polymer and also flexible.The material of the superstrate is relatively freely selectable and depending on the application also a polymer or crystalline and also in turn flexible be.
Die erfindungsgemäße Solarzelle kann auch als Tandemsolarzelle ausgebildet sein und weist dann zwischen zweiter Pufferschicht der Topzelle (1. Zelle) und photoaktive Schicht der Rückzelle (2. Zelle) eine Ladungsträgerrekombinationszone auf, die Rekombinationszentren (Edelmetallen (Au, Ag, Mg)-Nanocluster) eingebettet in eine ca. 50 Ä dicke mit 5 Mol % (tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane) p-dotierte m-MTDATA (4,4', 4"-tris(3methyl-phenyl-phenyl-amino)triphenylamine)-Schicht oder in eine ca. 80 A dicke mit (2,5-cyclohexadine-1 ,4-diylidene)-dimalononitrile dotierte MTDATA-Schicht (d.h. MTDATA: F4TCNQ-Schicht) enthält. An diese Schicht schließt sich eine zweite, wieder aus einer Elektronen aufnehmenden Teilschicht und einer Elektronen abgebenden Teilschicht bestehende photoaktive Schicht an. Die Materialien für die Teilschichten der zweiten photoaktiven Schicht weisen gleiche oder geringere Bandlücken auf als die der Teilschichten der ersten photoaktiven Schicht, damit das Absorptionsspektrum der Topzelle ergänzt oder ausgedehnt wird, um so einen breiten Absorptionsbereich für die Tandemzelle zu realisieren. Mindestens die Bandlücke der Elektronen abgebenden Teilschicht sollte geringer sein, damit Ladungsträger mit größerer Wellenlänge im Vergleich zur selben Teilschicht der ersten photoaktiven Schicht absorbiert werden. Das Material für diese Teilschicht kann ZnPc oder TiOPc oder ein anderes dem Stand der Technik nach bekanntes Material sein. Da die Teilschichten der erfindungsgemäßen Solarzelle sehr dünn ausgebildet sind und nicht alle Strahlung in der ersten Solarzelle absorbiert wird, dient die zweite Solarzelle somit der besseren Ausnutzung des einfallenden Lichtspektrums und führt zur Verbesserung des Wirkungsgrades.The solar cell according to the invention can also be configured as a tandem solar cell and then has a charge carrier recombination zone between the second buffer layer of the top cell (1st cell) and the photoactive layer of the back cell (2nd cell), the recombination centers (noble metals (Au, Ag, Mg) nanoclusters) embedded in a ca. 50 Ä thick with 5 mol% (tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane) p-doped m-MTDATA (4,4 ' , 4 " -tris (3methyl-phenyl-phenyl-amino) triphenylamine) layer or in contains an approximately 80 A thick (2,5-cyclohexadine-1,4-diylidene) -dimalononitrile doped MTDATA layer (ie MTDATA: F 4 TCNQ layer), followed by a second, again from an electron The materials for the sub-layers of the second photoactive layer have equal or lower band gaps than those of the sub-layers of the first photoactive layer, so that the Absorption spectrum of the top cell is complemented or expanded, so as to realize a wide absorption range for the tandem cell. At least the bandgap of the electron donating sublayer should be lower so that charge carriers with a longer wavelength are absorbed compared to the same sublayer of the first photoactive layer. The material for this sublayer may be ZnPc or TiOPc or other material known in the art. Since the partial layers of the solar cell according to the invention are formed very thin and not all radiation is absorbed in the first solar cell, the second solar cell is used thus the better utilization of the incident light spectrum and leads to the improvement of the efficiency.
Die Erfindung wird im folgenden Ausführungsbeispiel anhand einer Figur näher erläutert.The invention will be explained in more detail in the following embodiment with reference to a figure.
Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung der Schichtfolgen und ihrer elektronischen Struktur für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle in einer Superstrat-Konfiguration mit einer photoaktiven Schicht in Heterostruktur.The figure shows a schematic representation of the layer sequences and their electronic structure for an embodiment of the solar cell according to the invention in a superstrate configuration with a photoactive layer in heterostructure.
Die Schichtenfolge in der Figur zeigt eine Fenster-Mehrschichtanordnung, die gebildet ist aus einer ZnO:AI-Schicht K1 mit einer Schichtdicke von ca. 400 nm, einer i-ZnO-Schicht K2 mit einer Schichtdicke von ca. 90 nm und einer ersten Pufferschicht Puffi aus Alq3. Die Breite der verbotenen Zone von Alq3 liegt bei 2,7 eV (n-Typ), dieses Material ist in einer Dicke von ca. 10 nm aufgebracht.The layer sequence in the figure shows a window multilayer arrangement which is formed from a ZnO: Al layer K1 with a layer thickness of about 400 nm, an i-ZnO layer K2 with a layer thickness of about 90 nm and a first buffer layer Puffi from Alq3. The width of the forbidden zone of Alq3 is 2.7 eV (n-type), this material is deposited in a thickness of about 10 nm.
Benachbart zu dieser ersten Pufferschicht Puffi , die elektromagnetische Wellen im UV-Bereich abschneidet, ist die Elektronen aufnehmende Schicht L-Akz - hier aus C6o mit einem Bandgap von 1 ,7 eV bis 2,3 eV und einer Dicke zwischen 40 nm und 70 nm (n-Typ). Die dann folgende zweite Teilschicht der photoaktiven Schicht, die Elektronen abgebende Schicht Loon ist CuPc mit einer Dicke von ca. 15 nm bis 30 nm (p-Typ) und einem Bandgap von 1 ,7 eV.Adjacent to this first buffer layer Puffi, which cuts electromagnetic waves in the UV region, is the electron-accepting layer L- Akz - here C 6 o with a band gap of 1.7 eV to 2.3 eV and a thickness between 40 nm and 70 nm (n type). The following second sub-layer of the photoactive layer, the electron-emitting layer Lo o n is CuPc with a thickness of about 15 nm to 30 nm (p-type) and a bandgap of 1.7 eV.
Zur Verbesserung der Beweglichkeit der Löcher kann die die Elektronen aufnehmende Schicht LARZ auch sehr dünn, beispielsweise 10 nm, ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit hierfür ist die Ausbildung der die Elektronen aufnehmenden Schicht LAkzals 60 nm dicke Mischschicht C6o:CuPc, in der die C6o-Konzentration von 100 % auf der Seite der Fenster- Mehrschichtanordnung bis 0 % auf der Seite der Elektronen abgebenden Schicht l_Don fällt. Die CuPc-Konzentration verändert sich entgegengesetzt hierzu.To improve the mobility of the holes, the electron-accepting layer LAR Z can also be formed very thin, for example 10 nm. Another possibility for this is the formation of the electron-accepting layer L Akz as 60 nm thick mixed layer C 6 o: CuPc, in which the C 6 o concentration of 100% on the side of the multi-layered window assembly to 0% on the side Donate electrons Layer l_ Do n falls. The CuPc concentration changes in the opposite direction.
Zwischen der Teilschicht LDθn und der Anode An ist eine zweite Pufferschicht Puff2 aus CuPc:FeCI3 vom p-Typ in einer Dicke zwischen 5 nm und 10 nm angeordnet. Die Anode An ist aus AI gebildet.Between the sub-layer L Dθ n and the anode An, a second buffer layer Puff2 of p-type CuPc: FeCl 3 is arranged in a thickness between 5 nm and 10 nm. The anode An is made of Al.
Die Bandanpassung ist - wie bereits beschrieben - gemäß der Erfindung durch die verwendeten Materialien so realisiert, dass an den beiden Grenzflächen der Elektronen aufnehmenden Teilschicht LAkz der photoaktiven Schicht eine Trennung der Ladungsträger erfolgt. In der Figur sind die Elektronen mit ausgefüllten Kreisen schematisch dargestellt und die Löcher mit leeren Kreisen.The band matching is - as already described - realized according to the invention by the materials used so that takes place at the two boundary surfaces of the electron-accepting sub-layer L Akz the photoactive layer, a separation of the charge carriers. In the figure, the electrons are shown schematically with filled circles and the holes with empty circles.
Fällt nun Licht auf die Kathode Kath der erfindungsgemäßen Anordnung, werden Ladungsträgerpaare (Elektronen-Loch-Paare/Excitonen) in den beiden Teilschichten LAkz, LDθn der photoaktiven Schicht erzeugt. Die erfindungsgemäße Anordnung bewirkt die Ausbildung von elektrischen Feldern in dem vorliegenden Schichtsystem derart, dass diese Excitonen sowohl an die Grenzfläche Donator/Akzeptor als auch an die Grenzfläche Akzeptor/Kathode wandern, dort dissoziieren in Elektronen und Löcher und diese Ladungsträger dann zu den entsprechenden Elektroden transportiert werden (durch Pfeile dargestellt). Da die Trennung der Ladungsträgerpaare an zwei Grenzflächen erfolgt, die den energetischen Abständen - wie beschrieben - genügen, wird mit dieser Lösung ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad im Vergleich zu organischen Solarzellen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, erreicht. If light now strikes the cathode Kath of the arrangement according to the invention, charge carrier pairs (electron-hole pairs / excitons) are produced in the two partial layers L A , K L, L D O n of the photoactive layer. The arrangement according to the invention causes the formation of electric fields in the present layer system such that these excitons migrate both to the donor / acceptor interface and to the acceptor / cathode interface, where they dissociate into electrons and holes and then transport these charge carriers to the corresponding electrodes become (represented by arrows). Since the separation of the charge carrier pairs takes place at two boundary surfaces which satisfy the energetic distances-as described-a substantially improved efficiency is achieved with this solution compared to organic solar cells which are known from the prior art.

Claims

Patentansprüche claims
1. Organische Solarzelle, aufweisend zwei Elektroden und zwischen diesen angeordnet mindestens eine mindestens zwei Teilschichten aufweisende photoaktive Schicht, von denen mindestens eine Teilschicht Elektronen abgibt (Donator) und mindestens eine andere Teilschicht Elektronen aufnimmt (Akzeptor), wobei zwischen jeweils einer Elektrode und der photoaktiven Schicht eine Zwischenschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die dem Lichteinfall zugewandte Kathode (Kath) als transparentes Fenster in einer Mehrschichtanordnung ausgebildet ist,1. Organic solar cell, comprising two electrodes and disposed therebetween at least one at least two partial layers having photoactive layer, of which at least one sublayer emits electrons (donor) and at least one other sublayer electron picks up (acceptor), wherein between each one electrode and the photoactive Layer is disposed an intermediate layer, characterized in that - the light incidence facing the cathode (Kath) is formed as a transparent window in a multi-layer arrangement,
- die photoaktive Schicht als Homo- oder Heterostruktur derart zwischen der Kathode (Kath) und der Anode (An) ausgebildet ist, dass eine Trennung der Ladungsträger an zwei Grenzflächen erfolgt, - die Elektronen aufnehmende Teilschicht (LAkz) der photoaktiven Schicht der Kathode (Kath) benachbart und die Elektronen abgebende Teilschicht (LDon) der photoaktiven Schicht der Anode (An) benachbart angeordnet ist, wobei- The photoactive layer is formed as homo- or heterostructure such between the cathode (Kath) and the anode (An) that a separation of the charge carriers takes place at two interfaces, - the electron-receiving sub-layer (L Ak z) of the photoactive layer of the cathode (Kath) adjacent and the electron donating sublayer (L Don ) of the photoactive layer of the anode (An) is disposed adjacent, wherein
- das Minimum des Leitungsbandes der transparenten Kathode (CBMκath) an der Grenzfläche zur photoaktiven Schicht derart zwischen dem HOMO- und dem LUMO-Niveau der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) liegt, d.h. HOMOAκz ≤ CBMKath < LUMOAkz , dass die Differenz der energetischen Lage des HOMO-Niveaus der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) und des Minimums des Leitungsbandes der transparenten Kathode (CBMκath) mindestens der Dissoziationsenergie der schwach gebundenen Excitonen entspricht, d.h. I HOMOAkz - CBMKath I ≥ EEχcDiss und gleichzeitig ■ die Differenz (Erransp) der energetischen Lage des Minimums des- The minimum of the conduction band of the transparent cathode (CBMκ a th) at the interface with the photoactive layer is such between the HOMO and the LUMO level of the electron-accepting sublayer (L Ak z), ie HOMO A κz ≤ CBM Kat h <LUMO A kz that the difference of the energetic position of the HOMO level of the electron-accepting sublayer (L Akz ) and the minimum of the conduction band of the transparent cathode (CBMκ a t h ) at least equal to the dissociation energy of the weakly bound excitons, ie I HOMO Akz - CBM K ath I ≥ E E χcDiss and at the same time ■ the difference (Erransp) of the energetic position of the minimum of the
Leitungsbandes (CBM) der transparenten Kathode (Kath) und des LUMO- Niveaus der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) ausreichend für einen effektiven Transport der Elektronen von der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAk2) zur Kathode (Kath) ist, d.h. LUMOAKZ - CBMKath I > Ejransp,Conduction band (CBM) of the transparent cathode (Kath) and the LUMO level of the electron-accepting sublayer (L Ak z) is sufficient for effective transport of the electrons from the electron-accepting sublayer (L Ak2 ) to the cathode (Kath), ie LUMOAKZ - CBM Kath I> Ejransp,
- die zwischen Kathode (Kath) und dieser zugewandten Teilschicht angeordnete Zwischenschicht, der Elektronen aufnehmende Teilschicht (l_Akz), als eine erste Pufferschicht (Puffl) aus einem organischen Material mit einer für Licht mit Wellenlängen im UV-Bereich undurchlässigen Bandlücke als weitere Fensterschicht ausgebildet ist, wobei- The arranged between the cathode (Kath) and this sub-layer intermediate layer, the electron-accepting sub-layer (l_ Ak z), as a first buffer layer (Puffl) of an organic material having a light with wavelengths in the UV range impermeable band gap as another window layer is formed, wherein
■ das Minimum des Leitungsbandes der ersten Pufferschicht (CBMpUff-i) an der Grenzfläche Kathode (Kath) und Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAI<Z) gleich hoch wie oder höher liegt als das Minimum des ■ the minimum of the conduction band of the first buffer layer (CBMp U ff-i) at the cathode (Kath) and electron-accepting sublayer (LAI < Z ) interface is equal to or higher than the minimum of the
Leitungsbandes der Kathode (CBMκath )> d.h. CBMκath ≤ CBMpUffi, und gleichzeitigConduction band of the cathode (CBMκ a th) > ie CBMκ a th ≤ CBMp U ffi, and simultaneously
■ das Minimum des Leitungsbandes der Pufferschicht (CBMpUffi) nicht höher liegt als das LUMO-Niveau der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LUMOARZ), d.h. CBMpuffi < LUMOAkz oder■ the minimum of the conduction band of the buffer layer (CBMp Uff i) is not higher than the LUMO level of the electron-accepting sublayer (LUMOARZ), ie CBMpuffi <LUMO A kz or
■ für sehr dünne Schichten bei Vorliegen des Tunneleffekts das Minimum des Leitungsbandes der Pufferschicht (CBMpUffi) höher liegt als das LUMO-Niveau der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LUMOAkz), d.h. LUMOAkz < CBMpUff1, - die zwischen Anode (An) und dieser zugewandten anderen Teilschicht, der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDθn), angeordnete Zwischenschicht als zweite Pufferschicht (Puff2) ausgebildet ist und ■ for very thin layers in the presence of the tunneling effect, the minimum of the conduction band of the buffer layer (CBMp U ffi) is higher than the LUMO level of the electron-accepting sublayer (LUMO Ak z), ie LUMO Akz <CBMp Uff1 , - that between anode (An ) and this facing other sub-layer, the electron-emitting sub-layer (L Dθ n), arranged intermediate layer is formed as a second buffer layer (Puff2) and
- das Material der Anode (An) keine oder eine solch niedrige Barriere zur zweiten Pufferschicht (Puff2) aus dotiertem Material der zweiten Teilschicht (LDOΠ) der photoaktiven Schicht bildet, dass die positiven Ladungsträger die Grenzfläche der zweiten Pufferschicht (Puff2) zur Anode (An) ohne Verluste passieren.- The material of the anode (An) no or such a low barrier to the second buffer layer (Puff2) of doped material of the second sub-layer (LD OΠ ) of the photoactive layer forms that the positive charge carriers, the interface of the second buffer layer (Puff2) to the anode ( An) without losses happen.
2. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der Ladungsträger an beiden Grenzflächen der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAI<Z) der photoaktiven Schicht erfolgt. 2. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the separation of the charge carriers takes place at both boundary surfaces of the electron-accepting partial layer (LAI < Z ) of the photoactive layer.
3. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrschichtanordnung für die transparente Kathode (Kath) mindestens eine Zweischicht-Fensteranordnung aus ZnO:AI/i-ZnO aufweist.3. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the multilayer arrangement for the transparent cathode (Kath) has at least one two-layer window arrangement of ZnO: Al / i-ZnO.
4. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material der als weitere Fensterschicht ausgebildeten Pufferschicht (Puffi) Alq3 (tris(8-hydroxyquinoline)aluminium) ist.4. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the organic material of the formed as a further window layer buffer layer (Puffi) Alq 3 (tris (8-hydroxyquinoline) aluminum) is.
5. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material der als weitere Fensterschicht ausgebildeten Pufferschicht (Puffi) CBP (4,4'-N,N'-dicarbazolyl-biphenyl) ist.5. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the organic material of the formed as a further window layer buffer layer (Puffi) CBP (4,4'-N, N'-dicarbazolyl-biphenyl) is.
6. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) CQ0 ist.6. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the electron-accepting sublayer (L A kz) CQ 0 is.
7. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (L-Akz) CuPcFi6 ist.7. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the electron-accepting sublayer (L-Akz) is CuPcFi 6 .
8. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) ZnPcF16 ist.8. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the electron-accepting sublayer (L A kz) ZnPcF 16 is.
9. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronen aufnehmende undotierte Teilschicht (LAι<z) sehr dünn ausgebildet ist, vorzugsweise ca. 10 nm. 9. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the electron-receiving undoped partial layer (L A ι < z) is very thin, preferably about 10 nm.
10. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDOΠ) CUPC ist.10. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the electron donating sublayer (LDOΠ) is CUPC.
11. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDOΠ) ZnPc ist.11. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the electron donating partial layer (LD O Π) is ZnPc.
12. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) dotiert ist.12. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the electron-accepting partial layer (L Ak z) is doped.
13. Organische Solarzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotierungsmaterial ein organisches Material ist.13. Organic solar cell according to claim 12, characterized in that the doping material is an organic material.
14. Organische Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Dotierungsmaterial das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDθn) ist.14. Organic solar cell according to claim 13, characterized in that the organic doping material is the material of the electron-emitting part-layer (L Dθ n).
15. Organische Solarzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des Dotierungsmaterials in der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) homogen ist.15. Organic solar cell according to claim 12, characterized in that the distribution of the doping material in the electron-receiving sub-layer (L Ak Z) is homogeneous.
16. Organische Solarzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das homogen verteilte Dotierungsmaterial eine Konzentration zwischen 3 und 10 mol. % aufweist. 16. Organic solar cell according to claim 15, characterized in that the homogeneously distributed doping material has a concentration between 3 and 10 mol. % having.
17. Organische Solarzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des Dotierungsmaterials in der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAι<z) einen derartigen Gradienten aufweist, dass die Konzentration der Donatormoleküle von 0 % an der Grenzfläche zwischen der als weitere Fensterschicht ausgebildeten Pufferschicht (Puffi ) und der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) bis zu max. 100 % an der Grenzfläche zwischen der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkZ) und der Elektronen abgebenden Teilschicht (LoOn) beträgt.17. Organic solar cell according to claim 12, characterized in that the distribution of the doping material in the electron-accepting sublayer (L A ι < z) has such a gradient that the concentration of the donor molecules of 0% at the interface between the formed as a further window layer Buffer layer (Puffi) and the electron-receiving sublayer (L A kz) up to max. 100% at the interface between the electron-accepting sublayer (L A k Z ) and the electron donating sublayer (Lo O n).
18. Organische Solarzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der dotierten die Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) zwischen 40 nm und 70 nm beträgt.18. Organic solar cell according to claim 12, characterized in that the thickness of the doped electron-receiving sub-layer (L A kz) is between 40 nm and 70 nm.
19. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) als Mischschicht aus dem Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) und dem Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDOΠ) gebildet ist.19. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the electron-absorbing sub-layer (L Ak z) is formed as a mixed layer of the material of the electron-receiving sub-layer (L A kz) and the material of the electron-emitting part layer (LD OΠ ).
20. Organische Solarzelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischverhältnis der beiden Materialien 1 : 1 beträgt.20. Organic solar cell according to claim 19, characterized in that the mixing ratio of the two materials is 1: 1.
21. Organische Solarzelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Mischschicht die Konzentration der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (LAkz) von 100 % an der Seite der Fensterschicht bis zu 0 % an der Seite der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDθn) verringert und die21. Organic solar cell according to claim 19, characterized in that in the mixed layer, the concentration of the electron-accepting sublayer (L Akz ) of 100% on the side of the window layer up to 0% on the side of the electron-emitting part layer (L Dθ n) reduced and the
Konzentration des Materials der Elektronen abgebenden Teilschicht (Lpon) sich in der Mischschicht entgegengesetzt verändert. Concentration of the material of the electron donating sublayer (Lpon) changed in the mixed layer opposite.
22. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschichten (I_AI<Z und LDOΠ) hoch strukturierte Oberflächen aufweisen.22. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the partial layers (I_AI < Z and LD OΠ ) have highly structured surfaces.
23. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronen aufnehmenden Teilschicht (L-Akz) als stark gefaltete Schicht ausgebildet ist, in der sich das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (l_Akz) und das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDon) gegenseitig durchdringen.23. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the electron-absorbing sub-layer (L- Ak z) is formed as a strongly folded layer in which the material of the electron-receiving sub-layer (l_ Ak z) and the material of the electron-emitting part layer (L D on) interpenetrate each other.
24. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronen aufnehmenden Teilschicht (l_Akz) als nanostrukturierte Schicht ausgebildet ist, in der sich das Material der Elektronen aufnehmenden Teilschicht (L-Akz) und das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (L-Don) gegenseitig durchdringen.24. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the electron-accepting sub-layer (l_ Ak z) is formed as a nanostructured layer in which the material of the electron-accepting sublayer (L- Ak z) and the material of the electron-emitting sublayer ( L-Don) interpenetrate each other.
25. Organische Solarzelle nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die aus zwei Materialien bestehende und sich gegenseitig durchdringende Elektronen aufnehmende Teilschicht (L-Akz) zwischen 30 nm und 80 nm dick ist.25. Organic solar cell according to claim 23 or 24, characterized in that the consisting of two materials and mutually penetrating electron-receiving sub-layer (L- Ak z) is between 30 nm and 80 nm thick.
26. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pufferschicht aus dotiertem Material der Elektronen abgebenden Teilschicht (LDOΠ) gebildet ist.26. An organic solar cell according to claim 1, characterized in that the second buffer layer of doped material of the electron-emitting part layer (LDO Π ) is formed.
27. Organische Solarzelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das dotierte Material der zweiten Pufferschicht (Puff2) CuPc: FeCI3 ist. 27. Organic solar cell according to claim 26, characterized in that the doped material of the second buffer layer (Puff2) is CuPc: FeCl 3 .
28. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Anode (An) mindestens semitransparent ist.28. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the anode (An) is at least semitransparent.
29. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Anode ausgewählt ist aus AI, Ag, Au, Ca, Mg oder Ca/Al, Mg/AI, Mg/Ag ist.29. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that the material of the anode is selected from Al, Ag, Au, Ca, Mg or Ca / Al, Mg / Al, Mg / Ag.
30. Organische Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese als Tandemzelle mit einer Topzelle und einer Rückzelle ausgebildet ist, wobei zwischen Topzelle und Rückzelle eine30. Organic solar cell according to claim 1, characterized in that it is designed as a tandem cell with a top cell and a back cell, wherein between top cell and back cell a
Ladungsträgerrekombinationszone, die Rekombinationszentren eingebettet in dotierte 4,4', 4"-tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamineCharge carrier recombination zone, the recombination centers embedded in doped 4,4 ' , 4 " -tris (N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino) -triphenylamine
(MTDATA) oder m-MTDATA -Schichten enthält, angeordnet ist und Topzelle und Rückzelle mindestens je eine photoaktive Schicht mit einer Elektronen aufnehmenden Teilschicht und einer Elektronen abgebenden Teilschicht aufweist.(MTDATA) or m-MTDATA layers is arranged, and has top cell and back cell at least one photoactive layer having an electron-accepting sub-layer and an electron-releasing sub-layer.
31. Organische Solarzelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien für die Teilschichten der zweiten photoaktiven Schicht gleiche oder geringere Bandlücken als die für die Teilschichten der ersten photoaktiven Schicht derart aufweisen, dass das Absorptionsspektrum der Topzelle ergänzt oder ausgedehnt wird.31. Organic solar cell according to claim 30, characterized in that the materials for the sub-layers of the second photoactive layer have equal or smaller band gaps than those for the sub-layers of the first photoactive layer such that the absorption spectrum of the top cell is supplemented or expanded.
32. Organische Solarzelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Bandlücke der Elektronen abgebenden Teilschicht der zweiten photoaktiven Schicht geringer ist als die selbe Teilschicht der ersten photoaktiven Schicht. 32. Organic solar cell according to claim 30, characterized in that at least the bandgap of the electron-emitting sub-layer of the second photoactive layer is less than the same sub-layer of the first photoactive layer.
33. Organische Solarzelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Elektronen abgebenden Teilschicht der zweiten photoaktiven33. Organic solar cell according to claim 30, characterized in that the material of the electron-emitting part-layer of the second photoactive
Schicht ZnPc oder TiOPc ist. Layer ZnPc or TiOPc is.
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