WO2011085425A1 - LÖSUNGEN FÜR DIE HERSTELLUNG HOMOGENER GROßFLÄCHIGER PHOTOAKTIVER SCHICHTEN BESTEHEND AUS EINEM ELEKTROAKTIVEN POLYMER UND HALBLEITERNANOPARTIKELN UND DEREN ANWENDUNG IN DER PHOTOVOLTAIK UND OPTOELEKTRONIK - Google Patents

LÖSUNGEN FÜR DIE HERSTELLUNG HOMOGENER GROßFLÄCHIGER PHOTOAKTIVER SCHICHTEN BESTEHEND AUS EINEM ELEKTROAKTIVEN POLYMER UND HALBLEITERNANOPARTIKELN UND DEREN ANWENDUNG IN DER PHOTOVOLTAIK UND OPTOELEKTRONIK Download PDF

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metal chalcogenide
precursor compounds
compounds
polymer
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PCT/AT2011/000019
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Gregor Trimmel
Roman Trattnig
Alexander Schenk
Thomas Rath
Gernot Mauthner
Wernfried Haas
Achim Fischereder
Michael Edler
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Isovoltaic Ag
Technische Universität Graz
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Definitions

  • Solutions for the production of homogeneous large-area photoactive layers consisting of an electroactive polymer and semiconductor nanoparticles and their application in photovoltaics and optoelectronics
  • the invention is in the field of nanotechnology with regard to an application in photovoltaics and optoelectronics.
  • the process according to the invention makes it possible to produce semiconductor nanoparticles directly (in situ) in a wide variety of polymer matrices.
  • the resulting nanocomposite layers mixture of inorganic nanostructures with a polymer
  • Nanocomposite solar cells are an alternative to inorganic solar cell technologies, as they can be produced more cost-effectively and energy-efficiently.
  • Literature quote 1 The active layers of nanocomposite solar cells consist of inorganic nanostructures and electroactive polymers.
  • the inorganic nanoparticle component are materials such as CdSe, CdTe 2.3, 4.5 CdS, CIS 6, 7 '8 CuInSe 2, 9' 10 PbS, 11 '12' 13 '14 PbSe, 15' 16 HgTe, 17 Ti0 2 , 18 ' 19 ' 20 '21 ZnO 22 ' 23 ' 24 ' 25 '26 or (Zn, Mg) 0 27 , but also modified fullerenes, for example PCBM used. 2829 ' 30 ' 31 ' 32 ' 33 ' 3435 ' 36 ' 37 ' 38 '39
  • a wide variety of electroactive polymers can be used as the polymer component.
  • Nanocomposite solar cells are built on two fundamental principles.
  • a bilayer structure can be realized, wherein first a suitable electrode is coated with the inorganic semiconductor or the polymer component and only then the respective other component is applied.
  • the disadvantage here is the small interface between the two components, at which the charge separation takes place.
  • the subsequent transport of the charges to the respective electrodes is facilitated in this structure.
  • it is possible to use a bulk heterojunction structure whereby the boundary layer between the two components is substantially increased compared to the bilayer structure, and a significantly larger number of free charge carriers can be generated. Due to the forming interpenetrating network of both components, however, the transport of the charge carriers to the electrodes is made more difficult. In general, however, solar cells with significantly higher efficiencies are obtained with this structure.
  • the process objective here is the production of thin layers of 100 - 500 nm, which consists of an interpenetrating network of two different ones Material classes, namely inorganic semiconductors on the one hand, and polymers on the other hand, exist.
  • a bulk heterojunction structure can be achieved by first applying one of the two components (inorganic semiconductor component or polymer component) to an electrode with a defined structure.
  • nanoparticles can be deposited as a porous layer or nanostructures can be formed as a first layer. 40,41,42 These structured layers are then filled with the other component and covered. This method is similar to the bilayer structure, but in this case a much larger interface between the two components is achieved.
  • nanostructures such as nanoparticles, nanorods, 43 nanodendrites, 44 special cases: modified fullerenes in a separate synthesis and then to mix them with an electroactive polymer in a suitable solvent. From the resulting solution, a layer is then applied to an electrode, forming a nanocomposite layer after evaporation of the solvent.
  • the disadvantage here however, that the inorganic nanostructures in the synthesis often long-chain stabilizers such as ligands or capper must be added to avoid agglomeration. However, these stabilizers prevent efficient charge separation at the interface between the inorganic semiconductor structure and the polymer component. By replacing the long-chain ligands with shorter-chain stabilizers prior to mixing with an electroactive polymer, this problem can be at least somewhat reduced.
  • this problem can be circumvented by synthesizing the nanoparticles directly in a polymer solution.
  • the polymer does not stabilize the nanoparticles as effectively as long-chain ligands, often resulting in agglomeration of the nanoparticles.
  • lead sulfide nanoparticles have already been synthesized in a polymer solution (MEH-PPV), which was then applied to an electrode. 1, 5
  • inorganic nanostructures are produced directly in an electroactive polymer matrix (in situ).
  • precursor compounds which by decomposition or reaction form nanostructures such as nanoparticles, nanorods, nanodendrites, porous structures with holes in the nanometer range, hereinafter called nanostructure precursor compound, are dissolved together with an electroactive polymer in order to obtain a precursor solution.
  • This solution is applied to a suitable electrode and the resulting nanostructured Precursor compound / polymer layer subsequently treated so that nanostructures of the inorganic semiconductor component are formed directly in the polymer matrix.
  • This method has already been applied to the direct production of oxidic 46,47 and sulfidic 48,49,50 nanostructures.
  • Ti0 2 nanostructures were generated in an MDMO-PPV layer. 51 Titanium isopropoxide was dissolved with MDMO-PPV in tetrahydrofuran, a layer applied to an electrode and then the Ti0 2 precursor by hydrolysis in Ti0 2 implemented. Furthermore, ZnO / MDMO-PPV nanocomposites were prepared by hydrolysis of diethylzinc. 46.47
  • Binary sulfides such as CdS, were prepared by the reaction of Cd (N0 3 ) 2 with thioacetamide in a polyvinylpyrrolidone (PVP) matrix. 52
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • sulfidic semiconductors such as CIS
  • 48 CIS nanoparticles were prepared in a PPV matrix from the metal salts, thioacetamide as a sulfur source and a PPV precursor compound.
  • a solvent mixture of polar solvents such as pyridine, ethanol and water, must be used to prepare the precursor solution in order to be able to dissolve the respective metal salts and the sulfur source.
  • polar solvents such as pyridine, ethanol and water
  • Reaction by-products in the direct production of the nanoparticles in the polymer matrix can only be insufficiently removed at temperatures at which electroactive polymers are typically stable;
  • the invention aims to remedy this situation.
  • the invention relates to a method for producing a coating solution comprising precursor compounds for metal chalcogenide nanostructures, which is characterized in that compounds in one or more organic solvents are dissolved as precursor compounds for the metal chalcogenide nanostructures and can be converted by energy input into metal chalcogenide nanostructures.
  • the invention further relates to the production of nanocomposite layers using the coating solutions prepared according to the invention in conjunction with at least one electroactive polymer with energy input.
  • electroactive polymer in the context of the invention, a semiconductive polymer is to be understood.
  • This manufacturing method according to the invention is disclosed in claims 9 to 19.
  • the invention also relates to the use of these nanocomposite layers for producing components or components, such as solar cells, sensors or detectors, electrical or optical components comprising UV, IR and microwave regions, switches, displays or radiation-emitting components, such as lasers or light-emitting components Diodes (LEDs).
  • components or components such as solar cells, sensors or detectors, electrical or optical components comprising UV, IR and microwave regions, switches, displays or radiation-emitting components, such as lasers or light-emitting components Diodes (LEDs).
  • the technical problem that can be solved with this invention relates to the production methods for bulk heterojunction solar cells.
  • the known preparation of the precursor solution for this method is difficult, since typically the precursor compounds for the semiconductor nanoparticles in polar, and the electroactive polymers are better soluble in apolar solvents.
  • the central point of the invention presented here is that the possibility is created of precursor solutions of nanostructure precursor compounds and electroactive ones Polymers which are more soluble in apolar solvents. This is made possible by the fact that the necessary metal compounds for the formation of nanoparticles are chemically modified so that they can be solved as nanostructure precursor compound in many common organic solvents.
  • the nanostructure precursor compounds convert at low temperatures, i. below 400 ° C, preferably below 200 ° C, or low energy input into the Halbleiterernano Modellen within the polymer matrix to, and thus a thermal degradation of the electroactive polymer is prevented.
  • electroactive organic compounds Due to the good solubility of the nanostructure precursor compounds in a wide variety of solvents, the use of many electroactive organic compounds which are soluble in these solvents is possible as a second component for the preparation of nanocomposite layers.
  • electroactive inorganic compounds in the context of the invention semiconducting organic compounds are to be understood.
  • nanostructure precursor compounds for example: metal thiocarbamates, metal dithiocarbamates, metal thiocarboxylates,
  • Metal dithiocarboxylates also permits the preparation of a solution with these compounds and the electroactive polymer in a wide range of concentrations.
  • no external chalcogenide source for preparing the metal chalcogenide nanostructures of the solution must also be added since the chalcogenide source is already present in the precursor compound.
  • compounds are understood which additionally provide elements of the 6th main group when the energy is introduced or when the metal chalcogenide nanostructures are formed.
  • Another advantage is that the chalcogenide source in the precursor compound is already in close proximity to the metals, facilitating the reaction to form the semiconductor nanostructures. This method also makes it possible to produce very pure semiconductor nanostructures.
  • the nanostructure precursor compounds By chemical modification of the nanostructure precursor compounds their solubility can be greatly influenced, whereby the production of precursor solutions in a variety of solvents and solvent mixtures is made possible.
  • typical solvents for electroactive polymers organic solvents such as: chloroform, toluene, chlorobenzene, tetrahydrofuran, xylene
  • organic solvents such as: chloroform, toluene, chlorobenzene, tetrahydrofuran, xylene
  • many common electroactive polymers can be used to make nanocomposite layers and nanocomposite solar cells.
  • the properties of the precursor solution (viscosity, boiling point, surface tension, etc.) can be varied over a wide range by selecting the solvent or solvent mixture and suitable nanostructure precursor compounds, thus widening the selection of application methods of the precursor solution, especially for large-area substrates.
  • a big advantage compared to other methods is that a large amount of metal compounds (metal-sulfur precursors) can be dissolved together with an electroactive polymer. It can be achieved solutions with high metal content but also with high polymer content.
  • the viscosity of the solution can be adjusted well, which in turn widens the spectrum of different application methods or coating methods.
  • the layer thickness of the applied layer can also be adjusted.
  • both rough and smooth layers can be achieved.
  • the use of very low boiling volatile solvents promotes the formation of rough layers, while the use of less volatile, higher boiling solvents enables the production of very smooth layers.
  • the resulting nanocomposite layers are characterized by a high purity, since the resulting reaction by-products are volatile and thus can be removed from the nanocomposite layer even at very low temperatures.
  • nanostructure precursor compounds can be modified to such an extent that they are soluble in organic solvents in which organic electroactive compounds can also be dissolved. Furthermore, it is not obvious that with solutions containing a high proportion of these nanostructure precursor compounds and an electroactive polymer, homogeneous large-area layers can be applied to suitable substrates and these by controlled energy input to nanocomposite layers can be converted. In addition, it is not obvious that nanoparticles in the size range between 3 and 30 nm form, which form differently strong interpenetrating networks depending on the concentration ratio of the nanostructure precursor compounds to the electroactive polymer.
  • Reaction side products of the direct production of the nanoparticles in the polymer matrix can be removed well at temperatures where electroactive polymers are typically stable.
  • Solutions were prepared with a wide variety of combinations of nanostructure precursor compounds for the preparation of the semiconductor nanostructures and electroactive polymers in numerous solvents or solvent mixtures with different concentration ratios.
  • nanocomposite layers containing different electroactive polymers for example: MEH-PPV, MDMO-PPV, F8T2, P3HT
  • inorganic semiconductors for example: copper indium disulfide (CIS), zinc sulfide-copper indium disulfide (ZnS-CIS), copper zinc tin sulfide (CZTS )
  • the energy input for converting the precursor layers into the nanocomposite layers was carried out thermally (heating plate or IR radiation) or else by radiation (electron beam).
  • the characterization of these layers showed that nanoparticles form in the size range between 3 and 30 nm, which depends on the concentration of the Nanostructure precursor compounds form different degrees of pronounced interpenetrating networks.
  • Solar cells with these nanocomposite layers as active layers achieved efficiencies above 1, 7%. Measurements of the spectral sensitivity of these solar cells showed that the semiconductor nanostructures contribute significantly to the generation of charge carriers in the active layer.
  • the synthesis of the different Cu, In and Zn xanthates is explained with the following reaction scheme.
  • the desired alcohol is reacted with carbon disulfide in the presence of a base (eg: potassium hydroxide or potassium butoxide) to obtain the corresponding potassium xanthate 53 .
  • a base eg: potassium hydroxide or potassium butoxide
  • the corresponding potassium xanthate is now reacted with a Cu, In or Zn source 54 .
  • in, and Cu dithiocarbamates are similar to the xanthat synthesis and is briefly described below.
  • a base eg: sodium hydroxide
  • the sodium dithiocarbamate is reacted with a Cu or In source to obtain the corresponding In, and Cu dithiocarbamate.
  • Sn xanthates In the synthesis of Sn xanthates, the choice of solvent determines the major product obtained. For example, when tin tetrachloride is reacted with potassium xanthate in benzene, SnExa 4 is obtained . However, using methanol or ethanol, Sn 2 S 2 Exa 4 , a Sn-xanthate bridged by 2 sulfur, is the major product.
  • SnExa 4 Zinnethylxanthat
  • Sn 2 S 2 Exa 4 Zinndiethylxanthat
  • Sn 2 S 2 Hex 4 Zinnthio- dihexylxanthat given:
  • the respective Cu (I) xanthate and In (III) xanthate were dissolved in the desired Cu / In ratio in a solvent or solvent mixture.
  • the clear precursor solution was then applied to a glass ITO substrate by a suitable deposition method.
  • the substrate with the previously applied precursor layer was annealed for 15 minutes at 200 ° C at a heating rate of 21 ° C / min. Accordingly, the preparation of the CIS nanoparticles from the Cu and In xanthates occurs within the matrix of the conjugated polymer in situ during this heating step.
  • CIS / MEH-PPV nanocomposite layer shows a diffractogram of a CIS / poly (2- (2-ethylhexyloxy) -5-methoxy-p-phenylenevinylene nanocomposite layer (CIS / MEH-PPV nanocomposite layer) in which the solution was applied by spraying
  • the three broad reflections at 28.1 ° (112), 46.5 ° (204/220), and 54.9 ° (312) are characteristic of copper indium disulfide in the chalcopyrite structure, and the particle size is about 3 nm, calculated according to the Scherrer formula with the two most intense reflections, and a CIS / polyco (dioctylfluorenyldithiophenyl) nanocomposite layer (CIS / F8T2 nanocomposite layer) was prepared by spin coaging the precursor solution are shown in Table 1.
  • a TEM (Transmission Electron Image) image of this photoactive nanocomposite layer is shown in Figure
  • the photoactive nanocomposite layer can also be applied to a glass ITO substrate by doctoring.
  • the following is cited Example 9, in which solar cells were prepared by this application method.
  • One way to form the CIS / polymer nanocomposite layer is to heat the precursor layer in a tube furnace.
  • the CIS / F8T2 nanocomposite layer cited under Example 4 can be used.
  • the precursor layer was annealed for 15 minutes at 200 ° C at a heating rate of 21 ° C / min in a tube furnace.
  • the conversion of precursor to CIS can also be effected by high-energy radiation, such as an electron beam.
  • high-energy radiation such as an electron beam.
  • FIGS. 3 and 4 the diffraction patterns and the associated radial intensity profiles of a CIS / poly [2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy)] - p-phenylenevinylene nanocomposite layer (CIS / MDMO-PPV nanocomposite layer) are different long exposure of the electron beam to the precursor layer.
  • the electron beam of a transmission electron microscope (TEM) usually has an energy of 100-300 keV. In particular, this can lead to polymer damage to the sample due to the energy input. In the course of these experiments it was investigated whether the transformation of the xanthates is also possible by the energy of the electron beam.
  • a film was prepared by spin-coating on a NaCl monocrystal, in distilled water. detached and measured as a TEM sample. A sample site was illuminated with the electron beam and observed in the diffraction mode.
  • FIG. 3 shows the diffraction patterns at the beginning of the experiment and after an exposure time of 800s. The formation of individual rings is clearly recognizable.
  • FIG. 4 shows the radial intensity profiles of the diffraction patterns. The formation of CIS can be observed and demonstrated by the two resulting peaks characteristic for CIS.
  • the CIS nanoparticles formed could also be imaged by means of TEM without further modification of the sample.
  • the particle size is in the range of 2-3 nm. In the optical microscope, the irradiated area was recognizable due to the color change of the film.
  • Example 6 Preparation of a copper zinc tin sulfide / MDMO-PPV nanocomposite layer
  • CZTS / MDMO-PPV nanocomposite layer a NaCl monocrystal was coated with the precursor solution and thereafter annealed for 15 minutes at 200 ° C at a heating rate of 21 ° C / min. More precise production parameters are listed in Table 2.
  • Cu-xanthate has Cu-hex
  • FIG. 6 shows a TEM image and a diffraction image of this CZTS / MDMO-PPV nanocomposite layer.
  • the calculated radial intensity profile corresponds to that of copper zinc tin sulfide. Accordingly, the preparation of the CZTS nanoparticles from the Cu, Zn and Sn xanthates occurs within the matrix of the conjugated polymer in situ during this heating step.
  • Example 7 Preparation of a CIS / MDMO-PPV Nanocomposite Solar Cell
  • the precursor solution for producing the nanocomposite layer Cu (1) -heptylxanthate and ln (III) -heptylxanthate were dissolved in chloroform in a molar ratio of 1/1, 7. The resulting solution was then added to MDMO-PPV. When the Cu and In xanthates are completely converted to copper indium disulfide, the ratio CIS / MDMO-PPV corresponds to 4.5 / 1 in the photoactive nanocomposite layer. The clear precursor solution was then applied to a suitable substrate. In order to obtain the CIS / MEH-PPV nanocomposite layer, the substrates were annealed with the previously applied precursor layer for 15 minutes at 200 ° C.
  • a representative current-voltage characteristic is shown in FIG.
  • the open cell voltage (V 0 c) is 510 mV and the short-circuit current (1 S c) is 5.79 mA / cm 2 .
  • the fill factor (FF) of 44.6% results in a calculated efficiency ( ⁇ ) of 1.0%.
  • Example 8 Preparation of CIS / polymer solar cells with different photoactive polymers
  • Table 3 gives an overview of possible combinations and the results obtained therewith.
  • Table 3 Tested photoactive polymers for the preparation of CIS / polymer solar cells Example 1 2 3 4 5 6
  • F8BT poly [(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl) - ⁇ / f- (benzo [2,1,3] thiadiazole-4,8-diyl)]
  • P3EBT poly [3- (ethyl-4-butanoate) thiophene-2,5-diyl]
  • P3HT poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl)
  • Example 9 Production of Zinc-Sulfide CIS / Polymer Solar Cells It is also possible to form zinc sulfide-CIS mixed phases (ZnS-CIS mixed phases) by adding Zn-xanthate. The influence of such mixed phases on the properties of a ZnS-CIS / F8T2 solar cell is shown in Table 4. Up to a Cu / Zn ratio of 1 / 0.1 there is a significant improvement in the short-circuit current and the fill factor and thus in an increase in the efficiency up to 0.59%.
  • Example 10 Production of CIS / Polymer Solar Cells with Different Solvents Due to the excellent solubility of the Cu and In precursors described, a number of different organic solvents can be used in a mixture or also pure for the preparation of the precursor solution. As a result, the morphology of the resulting CIS / polymer nanocomposite layer can be selectively altered and the efficiency of the solar cells greatly influenced.
  • Table 5 and Table 6 give an exemplary overview of possible solvents and solvent combinations for making a CIS / F8T2 solar cell and a CIS / MEH PPV solar cell.
  • Table 5 Influence of different solvents and solvent combinations on the parameters of CIS / F8T2 solar cells
  • FIG. 9 shows the "incident-photon-to-electron conversion efficiency" spectrum (IPCE spectrum), in which the photocurrent is measured spectrally, and the absorption spectrum of the C! S / MEH-PPV solar cell from FIG. Example 1.
  • IPCE spectrum incident-photon-to-electron conversion efficiency
  • the increase in absorption in the range from 850nm to 600nm is mainly due to the CIS nanoparticles, and MEH-PPV starts to absorb from about 600 nm, which shows a pronounced increase in absorption.
  • Spectrum and absorption spectrum clearly show that the inorganic nanoparticles clearly contribute to the generation of electricity, and even beyond the absorption range of the polymer (> 600 nm), the IPCE curve increases considerably, starting with the absorption beginning of the nanoparticles at around 850 nm.
  • Example 11 Preparation of CIS / polymer solar cells with different Cu / In ratios
  • the properties of the forming CIS nanoparticles and the resulting nanocomposite layer can be influenced.
  • Table 7 gives an overview of the influence of the Cu / In ratio on the parameters of CIS / F8T2 solar cells.
  • Example 12 Preparation of CIS / polymer solar cells by means of doctoring
  • Table 8 gives the average efficiencies of CIS / polymer solar cells along a substrate of dimensions 7cm x 4cm, as shown schematically in Figure 10.
  • Table 8 Average efficiencies of CIS / polymer solar cells where the precursor layer was applied by doctoring
  • FIG. 11 shows the characteristic curve of a CIS / MEH PPV solar cell based on Cu and in dithiocarbamates. In the precursor solution, the Cu / In ratio was adjusted to 1/1, 7 or the CIS / polymer ratio to 1/3 and used as a solvent chloroform.
  • FIG. 12 shows an X-ray diffractogram of a CIS layer which was produced from Cu and In dithiocarbamates. In addition to stoichiometric CIS, an indium-rich phase is also formed.

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Abstract

Die Erfindung liegt im Gebiet der Nanotechnologie mit Hinblick auf eine Anwendung in der Photovoltaik und Optoelektronik. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Halbleiternanopartikel direkt (in situ) in unterschiedlichsten Polymer-Matrizen herzustellen. Die so erhaltenen Nanokompositschichten können zur Herstellung von Halbleiter- Bauteilen, wie zum Beispiel Solarzellen verwendet werden.

Description

Lösungen für die Herstellung homogener großflächiger photoaktiver Schichten bestehend aus einem elektroaktiven Polymer und Halbleiternanopartikeln und deren Anwendung in der Photovoltaik und Optoelektronik Die Erfindung liegt im Gebiet der Nanotechnologie mit Hinblick auf eine Anwendung in der Photovoltaik und Optoelektronik. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Halbleiternanopartikel direkt (in situ) in unterschiedlichsten Polymer-Matrizen herzustellen. Die so erhaltenen Nanokompositschichten (Mischung aus anorganischen Nanostrukturen mit einem Polymer) können zur Herstellung von Halbleiter-Bauteilen wie zum Beispiel Solarzellen (Nanokomposit-Solarzellen) verwendet werden.
Nanokomposit-Solarzellen sind eine Alternative zu anorganischen Solarzellentechnologien, da diese kostengünstiger und energieeffizienter produziert werden können. Literaturzitat1. Die Aktivschichten von Nanokomposit-Solarzellen bestehen aus anorganischen Nanostrukturen und elektroaktiven Polymeren. Als anorganische Nanopartikel-Komponente werden Materialien wie CdSe,2,3 CdTe,4,5 CdS,6 CIS,7'8 CulnSe2,9'10 PbS,11'12'13'14 PbSe,15'16 HgTe,17 Ti02,18'19'20'21 ZnO22'23'24'25'26 oder (Zn,Mg)027, aber auch modifizierte Fullerene, beispielsweise PCBM, eingesetzt.2829'30'31'32'33'3435'36'37'38'39 Als Polymer-Komponente können verschiedenste elektroaktive Polymere verwendet werden.
Nanokomposit-Solarzellen werden nach zwei grundlegenden Prinzipien aufgebaut. Einerseits kann ein Bilayeraufbau realisiert werden, wobei zuerst eine geeignete Elektrode mit der anorganischen Halbleiter- oder der Polymer-Komponente beschichtet und erst anschließend die jeweils andere Komponente aufgebracht wird. Nachteilig ist hier die geringe Grenzfläche zwischen den beiden Komponenten, an der die Ladungstrennung stattfindet. Der anschließende Transport der Ladungen zu den jeweiligen Elektroden ist allerdings bei diesem Aufbau erleichtert. Andererseits ist es möglich, einen Bulk-Heterojunction Aufbau zu verwenden, wodurch die Grenzschicht zwischen den beiden Komponenten im Vergleich zum Bilayeraufbau wesentlich vergrößert wird, und eine signifikant größere Anzahl von freien Ladungsträgern erzeugt werden kann. Aufgrund des sich ausbildenden interpenetrierenden Netzwerks beider Komponenten ist hier jedoch der Transport der Ladungsträger zu den Elektroden erschwert. Im Allgemeinen werden jedoch mit diesem Aufbau Solarzellen mit deutlich höheren Wirkungsgraden erhalten.
Um einen Bulk-Heterojunction Aufbau für Nanokomposit-Solarzellen zu realisieren, gibt es mehrere Methoden. Verfahrensziel ist hierbei, die Herstellung von dünnen Schichten von 100 - 500 nm, die aus einem interpenetrierenden Netzwerk von zwei unterschiedlichen Materialklassen, nämlich anorganischen Halbleitern einerseits, und Polymeren andererseits, bestehen.
Einerseits kann ein Bulk-Heterojunction Aufbau dadurch erreicht werden, dass eine der beiden Komponenten (anorganische Halbeiter- oder Polymer-Komponente) zuerst mit einer definierten Struktur auf einer Elektrode aufgebracht wird. Beispielsweise können Nanopartikel als erste Schicht porös abgeschieden bzw. Nanostrukturen gebildet werden.40,41,42 Diese strukturierten Schichten werden dann mit der jeweils anderen Komponente aufgefüllt und überdeckt. Diese Methode ist dem Bilayer-Aufbau ähnlich, jedoch wird hierbei eine wesentlich größere Grenzfläche zwischen den beiden Komponenten erreicht.
Weiters besteht die Möglichkeit Nanostrukturen wie Nanopartikel, Nanostäbchen,43 Nanodendrite,44 Sonderfall: modifizierte Fullerene, in einer separaten Synthese herzustellen und anschließend mit einem elektroaktiven Polymer in einem geeigneten Lösungsmittel zu mischen. Aus der erhaltenen Lösung wird danach eine Schicht auf einer Elektrode aufgebracht, wobei sich nach dem Verdampfen des Lösungsmittels eine Nanokompositschicht ausbildet. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass den anorganischen Nanostrukturen bei der Synthese oft langkettige Stabilisatoren wie Liganden oder Capper zugegeben werden müssen um eine Agglomeration zu vermeiden. Diese Stabilisatoren verhindern allerdings eine effiziente Ladungstrennung an der Grenzfläche zwischen Anorganischer Halbleiterstruktur und Polymer-Komponente. Durch Austausch der langkettigen Liganden durch kurzkettigere Stabilisatoren vor dem Mischen mit einem elektroaktiven Polymer kann dieses Problem zumindest etwas verringert werden.2,3
Dieses Problem kann teilweise auch dadurch umgangen werden, indem die Nanopartikel direkt in einer Polymerlösung synthetisiert werden. Das Polymer stabilisiert jedoch die Nanopartikel nicht so effektiv wie langkettige Liganden, was oftmals zu einer Agglomeration der Nanopartikel führt. Bleisulfid-Nanopartikel wurden zum Beispiel schon in einer Polymerlösung (MEH-PPV) synthetisiert, welche anschließend auf eine Elektrode aufgebracht wurde. 1, 5
Bei einer weiteren Methode werden anorganische Nanostrukturen direkt in einer elektroaktiven Polymermatrix (in situ) hergestellt. Dafür werden Precursorverbindungen, die durch Zersetzung bzw. Reaktion Nanostrukturen, wie Nanopartikel, Nanostäbchen, Nanodendrite, poröse Strukturen mit Löchern im Nanometerbereich, ausbilden - in weiterer Folge Nanostruktur-Precursorverbindung genannt - gemeinsam mit einem elektroaktiven Polymer gelöst, um eine Precursorlösung zu erhalten. Diese Lösung wird auf eine geeignete Elektrode aufgebracht und die erhaltene Nanostruktur- Precursorverbindung/Polymer-Schicht anschließend so behandelt, dass Nanostrukturen der anorganischen Halbleiterkomponente direkt in der Polymermatrix gebildet werden.
Diese Methode wurde bereits für die direkte Herstellung von oxidischen46,47 und sulfidischen48,49,50 Nanostrukturen angewendet.
Ti02-Nanostrukturen wurden in einer MDMO-PPV-Schicht erzeugt.51 Dabei wurde Titanisopropoxid mit MDMO-PPV in Tetrahydrofuran gelöst, eine Schicht auf eine Elektrode aufgebracht und danach der Ti02-Precursor durch Hydrolyse in Ti02 umgesetzt. Weiters wurden ZnO/MDMO-PPV Nanokomposite durch Hydrolyse von Diethylzink hergestellt. 46,47
Binäre Sulfide, beispielsweise CdS, wurden durch Reaktion von Cd(N03)2 mit Thioacetamid in einer Polyvinylpyrrolidon (PVP) Matrix hergestellt.52 Hierbei handelt es sich jedoch um ein nicht elektroaktives bzw. konjugiertes Polymer, wodurch derartige Nanokompositschichten nicht als Aktivschichten für Solarzellen verwendet werden können.
Eine in situ Methode für die Herstellung von sulfidischen Halbleitern, wie z.B. CIS, wurde bereits beschrieben.48 Dabei wurden CIS-Nanopartikel in einer PPV Matrix aus den Metallsalzen, Thioacetamid als Schwefelquelle und einer PPV-Precursorverbindung hergestellt. Zur Herstellung der Precursorlösung muss in diesem Fall jedoch ein Lösungsmittelgemisch aus polaren Lösungsmitteln, wie Pyridin, Ethanol und Wasser verwendet werden, um die jeweiligen Metallsalze und die Schwefelquelle lösen zu können. Dadurch wird die Auswahl an verwendbaren elektroaktiven Polymeren stark eingeschränkt, da diese typischerweise in apolaren Lösungsmitteln löslich sind. Weiters ist die Aufbringung von homogenen Precursor-Schichten auf geeignete Elektroden aufgrund der verwendeten Lösungsmittel, z.B. hohe Oberflächenspannung, und Precursorverbindungen, zum Beispiel stark unterschiedliche Löslichkeiten, äußerst problematisch.
Diese bekannten Methoden zeigen folgende Nachteile:
• stark eingeschränkte Auswahl der Lösungsmittel, da polare Lösungsmittel, z.B.
Wasser, zum Lösen der Metallsalze und/oder Metall-Precursorverbindungen notwendig sind,
• eingeschränkte Auswahl der elektroaktiven Polymere aufgrund ihrer meist geringen Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln,
• limitierte Auswahl an Aufbringungsmethoden der Precursorlösung auf großflächige Substrate, da die hohe Oberflächenspannung von wässrigen oder polaren Lösungsmitteln Substrate oft schlecht benetzen und somit eine homogene Schichtbildung nicht möglich ist,
• Reaktionsnebenprodukte bei der direkten Herstellung der Nanopartikel in der Polymermatrix können bei Temperaturen, bei denen elektroaktive Polymere typischerweise stabil sind nur unzureichend entfernt werden,
• Verwendung einer zusätzlichen Chalkogenidquelle.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass als Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid- Nanostrukturen Verbindungen in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln gelöst werden und sich durch Energieeintrag in Metallchalkogenid-Nanostrukturen umwandeln lassen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 offenbart. Die Erfindung betrifft weiters die Herstellung von Nanokompositschichten unter Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Beschichtungslösungen in Verbindung mit zumindest einem elektroaktiven Polymer unter Energieeintrag. Als elektroaktives Polymer im Sinne der Erfindung ist ein halbleitendes Polymer zu verstehen. Dieses erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist in den Ansprüchen 9 bis 19 offenbart.
Die Erfindung betrifft ebenso die Verwendung dieser Nanokompositschichten zur Herstellung von Bauteilen oder Bauelementen, wie Solarzellen, Sensoren oder Detektoren, elektrischen oder optischen, den UV-, IR- und Mikrowellenbereich umfassenden Bauelementen, Schaltern, Displays oder Strahlung emittierenden Bauelementen, wie Laser oder Licht emittierende Dioden (LEDs).
Das technische Problem, das mit dieser Erfindung gelöst werden kann, bezieht sich auf die Herstellungsmethoden für Bulk-Heterojunction Solarzellen. Die bekannte Herstellung der Precursorlösung für diese Methode ist schwierig, da typischerweise die Precursorverbindungen für die Halbleiternanopartikel in polaren, und die elektroaktiven Polymere jedoch besser in apolaren Lösungsmitteln löslich sind.
Zentraler Punkt der hier vorgestellten Erfindung ist es, dass die Möglichkeit geschaffen wird, Precursorlösungen aus Nanostruktur-Precursorverbindungen und elektroaktiven Polymeren, die besser in apolaren Lösungsmitteln löslich sind, herzustellen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die nötigen Metallverbindungen für die Bildung der Nanopartikel chemisch so modifiziert werden, dass sie als Nanostruktur-Precursorverbindung in vielen gängigen organischen Lösungsmitteln gelöst werden können.
Weiters wandeln sich die Nanostruktur-Precursorverbindungen bei niedrigen Temperaturen, d.h. unterhalb von 400 °C, vorzugsweise unter 200 °C, bzw. geringem Energieeintrag in die Halbleiternanostrukturen innerhalb der Polymermatrix um, und es wird somit eine thermische Degradation des elektroaktiven Polymers verhindert.
Durch die gute Löslichkeit der Nanostruktur-Precursorverbindungen in verschiedensten Lösungsmitteln ist die Verwendung von vielen elektroaktiven organischen Verbindungen, die in diesen Lösungsmitteln löslich sind, als zweite Komponente für die Herstellung von Nanokompositschichten möglich. Als elektroaktive anorganische Verbindungen im Sinne der Erfindung sind halbleitende organische Verbindungen zu verstehen.
Die Verwendung dieser speziellen Nanostruktur-Precursorverbindungen (zum Beispiel: Metallthiocarbamate, Metalldithiocarbamate, Metallthiocarboxylate,
Metalldithiocarboxylate, Metall-Xanthate, Metall-Trithiocarbonate, Metall-Thiolate, Metall- Thiocyanate und/oder Metall-Isothiocyanate) erlaubt auch die Herstellung einer Lösung mit diesen Verbindungen und dem elektroaktiven Polymer in einem weiten Konzentrationsbereich.
Es muss im Falle der Herstellung von Metallchalkogenid-Nanostrukturen auch keine externe Chalkogenidquelle zur Herstellung der Metallchalkogenid-Nanostrukturen der Lösung beigefügt werden, da die Chalkogenidquelle schon in der Precursorverbindung vorhanden ist. Als externe Chalkogenidquelle werden Verbindungen verstanden, die bei Energieeintrag bzw. bei der Bildung der Metallchalkogenid-Nanostrukturen zusätzlich Elemente der 6. Hauptgruppe zur Verfügung stellen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Chalkogenidquelle in der Precursorverbindung bereits in räumlicher Nähe zu den Metallen befindet, was die Reaktion zur Bildung der Halbleiternanostrukturen erleichtert. Diese Methode ermöglicht auch die Herstellung sehr reiner Halbleiternanostrukturen.
Durch chemische Modifikation der Nanostruktur-Precursorverbindungen kann deren Löslichkeit stark beeinflusst werden, wodurch die Herstellung von Precursorlösungen in den verschiedensten Lösungsmitteln und Lösungsmittelgemischen ermöglicht wird. Im Speziellen können typische Lösungsmittel für elektroaktive Polymere (organische Lösungsmittel wie zum Beispiel: Chloroform, Toluol, Chlorbenzol, Tetra hydrofu ran, Xylol) verwendet werden. Folglich können viele gängige elektroaktive Polymere für die Herstellung von Nanokompositschichten und Nanokomposit-Solarzellen eingesetzt werden. Weiters lassen sich die Eigenschaften der Precursorlösung (Viskosität, Siedepunkt, Oberflächenspannung, etc.) über einen weiten Bereich durch Auswahl des Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches und geeigneter Nanostruktur- Precursorverbindungen variieren, wodurch die Auswahl an Aufbringungsmethoden der Precursorlösung vor allem für großflächige Substrate maßgelblich erweitert wird.
Ein großer Vorteil im Vergleich zu anderen Verfahren ist, dass man eine große Menge an Metallverbindungen (Metall-Schwefel-Vorstufen) zusammen mit einem elektroaktiven Polymer in Lösung bringen kann. Es können Lösungen mit hohem Metallgehalt aber auch mit hohem Polymergehalt erreicht werden.
Somit kann die Viskosität der Lösung gut eingestellt werden, was wiederum das Spektrum der verschiedenen Aufbringmethoden bzw. Beschichtungsmethoden erweitert. Durch die Veränderung der Viskosität der Lösung kann auch die Schichtdicke der aufgebrachten Schicht eingestellt werden.
Durch die exzellente Löslichkeit der Komponenten in organischen Lösungsmitteln ist eine sehr gute Prozessierbarkeit und auch eine homogene Verteilung der Komponenten in der Precursorlösung, sowie in weiterer Folge nach der Schichtaufbringung auch in der Schicht, gegeben.
Durch die Wahl des Lösungsmittels können sowohl raue als auch glatte Schichten erreicht werden. Die Verwendung von sehr flüchtigen Lösungsmitteln mit niedrigem Siedepunkt fördert die Bildung von rauen Schichten, während die Verwendung von weniger flüchtigen Lösungsmitteln mit höherem Siedepunkt die Herstellung von sehr glatten Schichten ermöglicht. Die erhaltenen Nanokompositschichten zeichnen sich durch eine hohe Reinheit aus, da die entstehenden Reaktionsnebenprodukte leicht flüchtig sind und dadurch schon bei sehr niedrigen Temperaturen aus der Nanokompositschicht entfernt werden können.
An der Erfindung ist nicht nahe liegend, dass alle nötigen Nanostruktur- Precursorverbindungen soweit modifiziert werden können, dass sie in organischen Lösungsmitteln, in denen auch organische elektroaktive Verbindungen gelöst werden können, löslich sind. Weiters ist nicht nahe liegend, dass mit Lösungen, die einen hohen Anteil an diesen Nanostruktur-Precursorverbindungen und ein elektroaktives Polymer beinhalten, homogene großflächige Schichten auf geeigneten Substraten aufgebracht werden können und diese durch kontrollierten Energieeintrag zu Nanokompositschichten umgewandelt werden können. Zusätzlich ist es nicht nahe liegend, dass sich Nanopartikel im Größenbereich zwischen 3 und 30 nm bilden, die abhängig von dem Konzentrationsverhältnis der Nanostruktur-Precursorverbindungen zum elektroaktiven Polymer unterschiedlich stark ausgeprägte interpenetrierende Netzwerke ausbilden.
Die wichtigsten Vorteile der beschriebenen Methode sind in folgender Auflistung angeführt:
• einfache chemische Modifikation der Nanostruktur-Precursorverbindungen und eine damit verbundene Löslichkeit der Nanostruktur-Precursorverbindungen in organischen Lösungsmitteln, in denen auch organische elektroaktive
Verbindungen gelöst werden können
• große Auswahl an organischen Lösungsmitteln, in denen elektroaktive Polymere löslich sind, für die Herstellung der Precursorlösung
• große Auswahl an elektroaktiven Polymeren für die Herstellung der Precursorlösung
• Eigenschaften der Precursorlösung (Siedepunkt, Viskosität, Oberflächenspannung, etc.) können in einem großen Bereich variiert werden
• große Auswahl an Aufbringungsmethoden der Precursorlösung auf großflächige Substrate
· Reaktionsnebenprodukte der direkten Herstellung der Nanopartikel in der Polymermatrix können bei Temperaturen, bei denen elektroaktive Polymere typischerweise stabil sind, gut entfernt werden.
Die folgenden Beispiele geben einen Überblick über mögliche Bereiche, in denen diese Erfindung realisiert werden kann.
Es wurden Lösungen mit unterschiedlichsten Kombinationen an Nanostruktur- Precursorverbindungen für die Herstellung der Halbleiternanostrukturen und elektroaktiven Polymeren in zahlreichen Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischen mit verschiedenen Konzentrationsverhältnissen hergestellt.
Weiters wurden mittels dieser Precursorlösungen Nanokompositschichten mit unterschiedlichen elektroaktiven Polymeren (zum Beispiel: MEH-PPV, MDMO-PPV, F8T2, P3HT) und anorganischen Halbleitern (zum Beispiel: Kupferindiumdisulfid (CIS), Zinksulfid-Kupferindiumdisulfid (ZnS-CIS), Kupferzinkzinnsulfid (CZTS)) hergestellt. Der Energieeintrag zur Umwandlung der Precursor-Schichten in die Nanokompositschichten erfolgte thermisch (Heizplatte oder IR-Strahlung) oder auch durch Strahlung (Elektronenstrahl). Die Charakterisierung dieser Schichten zeigte, dass sich Nanopartikel im Größenbereich zwischen 3 und 30 nm bilden, die abhängig von der Konzentration der Nanostruktur-Precursorverbindungen unterschiedlich stark ausgeprägte interpenetrierende Netzwerke bilden. Solarzellen mit diesen Nanokompositschichten als Aktivschichten erzielten Wirkungsgrade über 1 ,7%. Messungen der spektralen Empfindlichkeit dieser Solarzellen zeigten, dass die Halbleiternanostrukturen maßgeblich zur Ladungsträgergenerierung in der Aktivschicht beitragen.
Beispiele:
Beispiel 1 : Synthese von Cu-, In- und Zn-Xanthaten
Die Synthese der unterschiedlichen Cu-, In- und Zn-Xanthate wird mit folgendem Reaktionsschema erläutert. Im ersten Schritt wird der gewünschte Alkohol mit Schwefelkohlenstoff in Gegenwart einer Base (z.B.: Kaliumhydroxid oder Kalium-fert- butoxid) umgesetzt, um das entsprechende Kalium-Xanthat zu erhalten53. Im zweiten Schritt wird nun das entsprechende Kalium-Xanthat mit einer Cu-, In- oder Zn-Quelle umgesetzt54.
Figure imgf000009_0001
KOH + CS2 + R-OH Im Folgenden sind Beispiele für synthetisierte Cu-, In- und Zn-Xanthate zusammengefasst, wobei die Substituenten R, R2 und R3 Alkylgruppen in substituierter, unsubstituierter, verzweigter und geradkettiger Form darstellen und beispielsweise wie folgt abgekürzt werden: Et = -ethyl, Amyl = -amyl, Dec = -decyl, HepB = -2,4-dimethyl-3- pentyl, Hex = -3,3-dimethyl-2-butyl, Hep = -2,2-dimethyl-3-pentyl, HepC = -4,4-dimethyl- pentyl, OHep = -1-tert-butoxy-2-propyl, PhEt = -i-phenyl-1-propyl.
Figure imgf000010_0001
Cu-R
Figure imgf000010_0002
Et Amyl HepB
R=
Figure imgf000010_0003
Hep HepC OHep PhEt
Weiters werden Beispiele für synthetisierte Cu-, In- und Zn-Xanthate, die in der Literatur noch nicht bekannt sind, angegeben. In Abhängigkeit von dem verwendeten Metall und dem gewählten R-Rest ist die Löslichkeit des erhaltenen Xanthats sehr unterschiedlich. In(lll)- und Zn(ll)-Xanthate besitzen im allgemeinen eine sehr gute Löslichkeit im Gegensatz zu Cu(l)-Xanthaten, da sie auf Grund der höheren Metall-Valenzen mehrere Xanthatgruppen, die eine bessere Löslichkeit bedingen, tragen können.
Figure imgf000010_0004
-R In-R, Zn-R,
R=
Figure imgf000010_0005
Hinsichtlich Definition von R, R3 und R2 sowie HepB, Hex, Hep, HepC, OHep und PhEt wird auf die oben angeführte Definition bzw. Nomenklatur verwiesen. Beispiel 2: Synthese von Cu- und In-Dithiocarbamaten
Die Synthese von In-, und Cu-Dithiocarbamaten ist ähnlich der Xanthat-Synthese und ist im Folgenden kurz beschrieben. Im ersten Schritt wird das gewünschte Amin und Schwefelkohlenstoff in Gegenwart einer Base (z.B.: Natriumhydroxid) zum entsprechenden Natrium-Dithiocarbamat umgesetzt55,56. Danach wird das Natrium- Dithiocarbamat mit einer Cu- oder In-Quelle umgesetzt, um das entsprechende In-, und Cu-Dithiocarbamat zu erhalten.
Im Folgenden wird jeweils ein Beispiel für ein synthetisiertes Cu- bzw. In-Dithiocarbamat, nämlich Kupfer-2-hexyldithiocarbamat und lndium-2-hexyldithiocarbamat angegeben:
Figure imgf000011_0001
Beispiel 3: Synthese von Sn-Xanthaten
Bei der Synthese von Sn-Xanthaten entscheidet die Auswahl des Lösungsmittels über das erhaltene Hauptprodukt. Wird beispielsweise Zinntetrachlorid mit Kalium-Xanthat in Benzol umgesetzt, erhält man SnExa4. Verwendet man jedoch Methanol oder Ethanol liegt Sn2S2Exa4, ein durch 2 Schwefel verbrücktes Sn-Xanthat, als Hauptprodukt vor.
Es werden folgende Beispiele für synthetisierte Sn-Xanthate, nämlich SnExa4 = Zinnethylxanthat, Sn2S2Exa4 = Zinndiethylxanthat und Sn2S2Hex4 = Zinnthio- dihexylxanthat angegeben:
Figure imgf000012_0001
Beispiel 4: Herstellung von Kupferindiumdisulfid/Polymer-Nanokompositschichten durch unterschiedliche Aufbringungsmethoden
Für die Precursor-Lösung zur Herstellung der Nanokompositschicht wurde das jeweilige Cu(l)-xanthat und ln(lll)-xanthat im gewünschten Cu/In-Verhältnis in einem Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch gelöst. Die klare Precursor-Lösung wurde danach durch eine geeignete Aufbringungsmethode auf ein Glas-ITO-Substrat aufgebracht. Um die Kupferindiumdisulfid/Polymer-Nanokompositschicht (CIS/Polymer-Nanokompositschicht) zu erhalten, wurde das Substrat mit der zuvor aufgebrachten Precursor-Schicht für 15 Minuten bei 200°C mit einer Aufheizrate von 21 °C/min getempert. Demzufolge erfolgt die Herstellung der CIS-Nanopartikel aus den Cu- und In-Xanthaten innerhalb der Matrix des konjugierten Polymers in situ während dieses Heizschrittes.
Figur 1 zeigt ein Diffraktogramm einer CIS/Poly(2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-p- phenylenvinylen-Nanokompositschicht (CIS/MEH-PPV-Nanokompositschicht) bei der die Lösung durch Sprühen aufgebracht wurde. Die genauen Herstellungsparameter sind in Tabelle 1 angeführt. Die drei breiten Reflexe bei 28,1° (112), 46,5° (204/220) und 54,9° (312) sind charakteristisch für Kupferindiumdisulfid in der Chalkopyrit-Struktur. Die Partikelgröße beträgt in etwa 3 nm, berechnet nach der Scherrer Formel mit den zwei intensivsten Reflexen. Analog dazu wurde auch eine CIS/Poly-co-(dioctylfluorenyl-dithiophenyl)- Nanokompositschicht (CIS/F8T2-Nanokompositschicht) durch Spin-coaten der Precursorlosung hergestellt. Detaillierte Herstellungsparameter sind wiederum in Tabelle 1 angegeben. In Figur 2 ist ein TEM-Bild (Transmissionselektronen-Bild) dieser photoaktiven Nanokompositschicht gezeigt. Die Nanopartikel (dunkle Bereiche) sind in der Polymermatrix eingebettet und weisen eine ungefähre Größe von 5 nm auf.
Weiters kann die photoaktive Nanokompositschicht auch durch Rakeln auf ein Glas-ITO- Substrat aufgebracht werden. In diesem Zusammenhang wird auf das im Folgenden angeführte Beispiel 9 verwiesen, in dem Solarzellen mit dieser Aufbringungsmethode hergestellt wurden.
Tabelle 1 : Detaillierte Herstellungsparameter für die Herstellung von ClS/Polymer- Nanokompositschichten
Figure imgf000013_0001
Die in Tabelle 1 verwendeten Abkürzungen haben folgende Bedeutung: MEH-PPV = Poly(2-(2-ethylhexyloxy)-5-methoxy-p-phenylenvinylen), F8T2 = Poly-co-(dioctylfluorenyl- dithiophenyl), Cu-Amyl = Kupferamylxanthat, Cu-Hex = Kupfer-3,3-dimethyl-2- butylxanthat, In-Et3 = Indiumethylxanthat, In-Hex3 = lndium-3,3-dimethyl-2-butylxanthat, CHCI3 = Chloroform. Beispiel 5: Herstellung von CIS/Polymer-Nanokompositschichten durch unterschiedliche Umwandlungsverfahren
Eine Möglichkeit zur Bildung der CIS/Polymer-Nanokompositschicht ist das Aufheizen der Precursor-Schicht in einem Röhrenofen. Als Beispiel hierfür kann die unter Beispiel 4 angeführte CIS/F8T2-Nanokompositschicht herangezogen werden. In diesem Fall wurde die Precursor-Schicht für 15 Minuten bei 200°C mit einer Aufheizrate von 21 °C/min in einem Röhrenofen getempert.
Zusätzlich kann die Umwandlung der Precursor zu CIS auch durch hochenergetische Strahlung, wie zum Beispiel einem Elektronenstrahl erfolgen. In Figur 3 und Figur 4 sind die Beugungsbilder und die dazugehörigen radialen Intensitätsprofile einer CIS/Poly[2- methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)]-p-phenylenvinylen-Nanokompositschicht (CIS/MDMO- PPV-Nanokompositschicht) nach unterschiedlich langer Einwirkung des Elektronenstrahls auf die Precursor-Schicht gezeigt. Der Elektronenstrahl eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) hat üblicherweise eine Energie von 100-300 keV. Dies kann im speziellen bei Polymeren zur Schädigung der Probe durch den Energieeintrag führen. Im Zuge dieser Experimente wurde untersucht, ob die Umwandlung der Xanthate auch durch die Energie des Elektronenstrahls möglich ist.
Dazu wurde ein Film mittels Spin-coating auf einem NaCI-Einkristall hergestellt, in aqua dest. abgelöst und als TEM-Probe vermessen. Eine Probenstelle wurde mit dem Elektronenstrahl beleuchtet und im Beugungsmodus beobachtet.
Figur 3 zeigt die Beugungsbilder zum Beginn des Experimentes und nach einer Belichtungsdauer von 800s. Die Ausbildung einzelner Ringe ist deutlich erkennbar. In Figur 4 sind die radialen Intensitätsprofile der Beugungsbilder dargestellt. Die Bildung von CIS kann anhand der beiden entstehenden für CIS charakteristischen Peaks beobachtet und nachgewiesen werden.
Nach dem Versuch konnten die gebildeten CIS-Nanopartikel, wie in Figur 5 gezeigt, auch mittels TEM ohne weitere Veränderung der Probe abgebildet werden. Die Partikelgröße liegt im Bereich von 2-3 nm. Im optischen Mikroskop war der bestrahlte Bereich aufgrund der Farbveränderung des Films erkennbar.
Beispiel 6: Herstellung einer Kupferzinkzinnsulfid/MDMO-PPV-Nanokompositschicht
Um die Kupferzinkzinnsulfid/MDMO-PPV-Nanokompositschicht (CZTS/MDMO-PPV- Nanokompositschicht) zu erhalten, wurde ein NaCI-Einkristall mit der Precursorlösung beschichtet und danach für 15 Minuten bei 200°C mit einer Aufheizrate von 21 °C/min getempert. Genauere Herstellungsparameter sind in Tabelle 2 angeführt.
Tabelle 2: Herstellungsparameter der CZTS/MDMO-PPV-Nanokompositschicht
Polymer MDMO-PPV
Cu-Xanthat Cu-Hex
Zn-Xanthat Zn-Hex
Sn-Xanthat Sn2S2Hex2
Cu/Zn/Sn-Verhältnis 2/1/1
CZTS/Polymer-Verhältnis 4/1
Lösungsmittel CHCI3
Aufbringungsmethode Spin-coaten Figur 6 zeigt eine TEM-Aufnahme und ein Beugungsbild dieser CZTS/MDMO-PPV- Nanokompositschicht. Das daraus errechnete radiale Intensitätsprofil entspricht dem von Kupferzinkzinnsulfid. Demzufolge erfolgt die Herstellung der CZTS-Nanopartikel aus den Cu-, Zn- und Sn-Xanthaten innerhalb der Matrix des konjugierten Polymers in situ während dieses Heizschrittes.
Beispiel 7: Herstellung einer CIS/MDMO-PPV -Nanokomposit-Solarzelle:
Für die Precursor-Lösung zur Herstellung der Nanokompositschicht wurde Cu(l)- heptylxanthat und ln(lll)-heptylxanthat in einem molaren Verhältnis von 1/1 ,7 in Chloroform gelöst. Die erhaltene Lösung wurde anschließend zu MDMO-PPV zugegeben. Bei vollständiger Umsetzung der Cu- und In-Xanthate zu Kupferindiumdisulfid entspricht das Verhältnis CIS/MDMO-PPV 4,5/1 in der photoaktiven Nanokompositschicht. Die klare Precursor-Lösung wurde danach auf ein geeignetes Substrat aufgebracht. Um die CIS/MEH-PPV-Nanokompositschicht zu erhalten, wurden die Substrate mit der zuvor aufgebrachten Precursor-Schicht für 15 Minuten bei 200°C getempert. Als letzter Schritt wurde danach Kalzium/Aluminium als Kathodenmaterial auf die photoaktive Nanokompositschicht aufgedampft. Der grundsätzliche Aufbau einer Solarzelle ist in Figur 7 gezeigt. Auf einem Glassubstrat (1 ) befindet sich eine transparente Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Elektrode (2), die als Anode dient. Auf diesem Aufbau wird dann die photoaktive Nanokompositschicht (3) hergestellt und danach die Kathode (4) aufgebracht. Um einen geschlossenen Stromkreis zu erhalten, erfolgt die Kontaktierung über Anode und Kathode.
Eine repräsentative Strom/Spannungs-Kennlinie ist in Figur 8 gezeigt. Die offene Zellspannung (V0c) liegt bei 510 mV und der Kurzschluss-Strom (lSc) bei 5,79 mA/cm2. Mit dem Füllfaktor (FF) von 44,6% ergibt sich eine berechnete Effizienz (η) von 1 ,0%.
Beispiel 8: Herstellung von CIS/Polymer-Solarzellen mit unterschiedlichen photoaktiven Polymeren
Simultan zu der oben beschriebenen Herstellung der CIS/MDMO-PPV Solarzelle wurden auch weitere Nanokomposit-Solarzellen mit anderen konjugierten Polymeren hergestellt.
Tabelle 3 gibt einen Überblick über mögliche Kombinationen und die damit erhaltenen Ergebnisse. Tabelle 3: Getestete photoaktive Polymere zur Herstellung von CIS/Polymer Solarzellen Beispiel 1 2 3 4 5 6
Polymer PF-Gly F8BT F8T2 P3EBT P3HT MEH-PPV
Cu-Xanthat Cu-Amyl Cu-Amyl Cu-Amyl Cu-Amyl Cu-Amyl Cu-Amyl
In-Xanthat In-Et3 In-Et3 In-Et3 In-Et3 In-Et3 In-Et3
Cu/In-
1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 Verhältnis
ClS/Polymer-
3/1 3/1 3/1 2/1 2/1 4/1 Verhältnis
V0C [V] 0,202 0,520 0,377 0,533 0,221 0,65 lSc [mA/cm ] 2,41 0,72 0,84 0,52 0,08 1 ,66
FF [%] 29,0 26,9 28,1 28,0 24,7 33,5
Π [%] 0,14 0,10 0,09 0,08 0,005 0,35
PF-Gly: Poly(9,9-di{2-[2-(2-methoxy-ethoxy)ethoxy]ethyl}fluorenyl-2,7-diyl)
F8BT: Poly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-a/f-(benzo[2,1 ,3]thiadiazol-4,8-diyl)]
P3EBT: Poly[3-(ethyl-4-butanoate)thiophene-2,5-diyl]
P3HT: Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)
Beispiel 9: Herstellung von Zinksulfid-CIS/Polymer-Solarzellen Weiters besteht auch die Möglichkeit durch Zugabe von Zn-Xanthat Zinksulfid-CIS- Mischphasen (ZnS-CIS-Mischphasen) zu bilden. Der Einfluss solcher Mischphasen auf die Eigenschaften einer ZnS-CIS/F8T2-Solarzelle ist in Tabelle 4 gezeigt. Bis zu einem Cu/Zn-Verhältnis von 1/0,1 kommt es zu einer deutlichen Verbesserung des Kurzschluss- Stromes und des Füllfaktors und somit zu einer Steigerung des Wirkungsgrades bis auf 0,59%.
Tabelle 4: ZnS-CIS/F8T2-Solarzellen mit unterschiedlichen Anteilen an ZnS
Beispiel 1 2 3 4 5 6 7
Cu-Xanthat Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex
In-Xanthat In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3
Zn-Xanthat Zn-Hex2 Zn-Hex2 Zn-Hex2 Zn-Hex2 Zn-Hex2 Zn-Hex2 Zn-Hex2
Cu/In-
1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 1/1 ,7 Verhältnis
Cu/Zn-
1/0 1/0,05 1/0,1 1/0,15 1/0,4 1/1 1/1 ,5 Verhältnis
V0C [V] 0,42 0,4 0,45 0,35 0,36 0,47 0,51
Figure imgf000017_0001
Beispiel 10: Herstellung von CIS/Polymer-Solarzellen mit unterschiedlichen Lösungsmitteln Aufgrund der hervorragenden Löslichkeit der beschriebenen Cu- und In-Precursor können eine Reihe von unterschiedlichen organischen Lösungsmitteln im Gemisch oder auch pur zur Herstellung der Precursor-Lösung verwendet werden. Dadurch kann die Morphologie der erhaltenen CIS/Polymer-Nanokompositschicht gezielt verändert und die Effizienz von den Solarzellen stark beeinflusst werden.
Tabelle 5 und Tabelle 6 geben eine exemplarische Übersicht über mögliche Lösungsmittel und Lösungsmittelkombinationen zur Herstellung einer CIS/F8T2-Solarzelle und einer CIS/MEH-PPV-Solarzelle. Tabelle 5: Einfluss verschiedener Lösungsmittel und Lösungsmittelkombinationen auf die Parameter von CIS/F8T2-Solarzellen
Figure imgf000017_0002
THF: Tetrahydrofuran
THN: Tetrahydronaphthalin
Tabelle 6: Einfluss verschiedener Lösungsmittel auf die Parameter von CIS/MEH-PPV Solarzellen
Figure imgf000018_0001
Figur 9 zeigt das „Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency"-Spektrum (IPCE- Spektrum), bei dem der Photostrom spektral gemessen wird, und das Absorptions- Spektrum der C!S/MEH-PPV-Solarzelle aus Tabelle 6/Beispiel 1. Der Anstieg der Absorption im Bereich von 850nm bis 600nm ist hauptsächlich auf die CIS-Nanopartikel zurückzuführen. Ab ca. 600 nm beginnt MEH-PPV zu absorbieren, was sich in einem ausgeprägten Anstieg der Absorption zeigt. Aus der Gegenüberstellung des IPCE- Spektrums und des Absorptionsspektrums ist zu erkennen, dass die anorganischen Nanopartikel eindeutig zur Stromgenerierung beitragen. Schon außerhalb des Absorptionsbereichs des Polymers (> 600nm) kommt es zu einem beträchtlichen Anstieg der IPCE-Kurve beginnend mit dem Absorptionsanfang der Nanopartikel bei etwa 850 nm.
Beispiel 11 : Herstellung von CIS/Polymer-Solarzellen mit unterschiedlichen Cu/In- Verhältnissen
Durch Variation des Verhältnisses von Cu-Xanthat zu In-Xanthat können die Eigenschaften der sich bildenden CIS-Nanopartikel und der damit erhaltenen Nanokompositschicht beeinflusst werden.
Tabelle 7 gibt eine Übersicht über den Einfluss des Cu/In-Verhältnisses auf die Parameter von CIS/F8T2-Solarzellen.
Tabelle 7: Einfluss des Cu/In-Verhältnisses auf die Parameter von CIS/F8T2-Solarzellen
Beispiel 1 2 3 4 5
Lösungsmittel CHCI3 CHCI3 CHCI3 CHCI3 CHCI3
Cu-Xanthat Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex Cu-Hex
In-Xanthat In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3 In-Hex3
Figure imgf000019_0001
Beispiel 12: Herstellung von CIS/Polymer-Solarzellen mittels Rakeln
Ein weiterer Vorteil in der Verwendung von unterschiedlichsten Lösungsmitteln liegt darin, dass Eigenschaften, wie zum Beispiel Viskosität, Siedepunkt, Löslichkeit der Precursor, etc., genau eingestellt werden können und somit ein breites Spektrum an Aufbringungsmethoden für die Precursor-Schicht zur Verfügung steht. Im Gegensatz zum Spincoaten, das auf recht kleine Substrate limitiert ist, können beim Rakeln (Doctor Blading) auch großflächige Substrate mit der Precursorlösung gleichmäßig beschichtet werden.
Tabelle 8 gibt die durchschnittlichen Wirkungsgrade von CIS/Polymer-Solarzellen, die entlang eines Substrats mit den Abmaßen von 7cm x 4cm, wie in Figur 10 schematisch gezeigt, wieder.
Tabelle 8: Durchschnittliche Wirkungsgrade von CIS/Polymer-Solarzellen, bei denen die Precursor-Schicht mittels Rakeln aufgebracht wurde
Figure imgf000019_0002
Beispiel 13: Herstellung von CIS/Polymer-Solarzellen mit Dithiocarbamaten als Cu- und In-Precursor
Neben Xanthaten können auch Dithiocarbamate zur Herstellung von ClS/Polymer- Solarzellen verwendet werden. Figur 11 zeigt die Kennlinie einer CIS/MEH-PPV- Solarzelle, basierend auf Cu- und In-Dithiocarbamaten. In der Precursorlösung wurde das Cu/In-Verhältnis auf 1/1 ,7 bzw. das CIS/Polymer-Verhältnis auf 1/3 eingestellt und als Lösungsmittel Chloroform verwendet. Figur 12 zeigt ein Röntgendiffraktogramm einer CIS-Schicht, welche aus Cu- und In- Dithiocarbamaten hergestellt wurde. Neben stöchiometrischem CIS wird auch eine indiumreiche Phase gebildet. Die 3 intensivsten Peaks bei 28°, 46 ° und 55° 2Θ stimmen mit den intensivsten Peaks von stöchiometrischem CIS überein (PDF 01-075-0106). Die schwächeren Peaks bei 32°, 44°, 58°, 68° und 75° 2Θ stammen ebenfalls von stöchiometrischem CIS. Die Peaks bei 23°, 33°, 41 °, 48°, 60° und 80° 2Θ stammen höchstwahrscheinlich von indiumreichem Kupferindiumsulfid ln19i7Cuo,98Cu1,96,S32 (PDF 01-081-0785). Die Peaks bei 28°, 44°, 68°, 71 °, 77° 2Θ können von beiden Materialien stammen. Anhand der durchgeführten Syntheserouten und der in diesem Zusammenhang angefertigten Analysedaten kann gezeigt werden, dass in einem verfahrenstechnisch unkomplizierten Lösungsweg sehr effiziente Nanokompositstrukturen bereitgestellt werden können, welche leistungsstarke Komponenten für den Bereich der Photovoltaik und Optoelektronik darstellen.
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1575-1583

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass als Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid-
Nanostrukturen Verbindungen in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln gelöst werden und sich durch Energieeintrag in Metallchalkogenid- Nanostrukturen umwandeln lassen.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass als Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid- Nanostrukturen Verbindungen in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise in Gegenwart eines photoaktiven Polymers, gelöst werden und sich durch Energieeintrag in Metallchalkogenid-Nanostrukturen umwandeln lassen.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass als Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid- Nanostrukturen Verbindungen in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise in Gegenwart eines photoaktiven Polymers, gelöst werden und sich durch Energieeintrag ohne zusätzliche Chalkogenidquelle in Metallchalkogenid-Nanostrukturen umwandeln lassen.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid-Nanostrukturen in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise in Gegenwart eines photoaktiven Polymers, gelöst werden und sich durch Energieeintrag je nach eingesetzter Menge in unterschiedliche Metallchalkogenid- Nanostrukturen oder Metallchalkogenid- Nanostrukturen mit unterschiedlicher Stöchiometrie umwandeln lassen.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid-Nanostrukturen in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise in Gegenwart eines photoaktiven Polymers, gelöst werden und sich durch Energieeintrag in ternäre, quatemäre und/oder höhere Metallchalkogenid-Nanostrukturen umwandeln lassen.
6. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass als Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid- Nanostrukturen Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Thiocarbamate, Dithiocarbamate, Thiocarboxylate, Dithiocarboxylate, Xanthate, Trithiocarbonate, Thiolate, Thiocyanate und/oder Isothiocyanate synthetisiert und in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise in Gegenwart eines photoaktiven Polymers, gelöst werden und sich durch Energieeintrag in Metallchalkogenid-Nanostrukturen umwandeln lassen.
7. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung umfassend Precursorverbindungen für Metallchalkogenid-Nanostrukturen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Precursorverbindungen für die Metallchalkogenid-Nanostrukturen Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Thiocarbamate, Dithiocarbamate, Thiocarboxylate, Dithiocarboxylate, Xanthate, Trithiocarbonate, Thiolate, Thiocyanate und/oder Isothiocyanate synthetisiert und in einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise in Gegenwart eines photoaktiven Polymers, gelöst werden und sich durch Energieeintrag in ternäre, quaternäre und/oder höhere Metallchalkogenid-Nanostrukturen umwandeln lassen.
8. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungslösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei diese ohne zusätzliche Chalkogenidquelle hergestellt wird.
9. Herstellung von Nanokompositschichten aus Schichten aufgebracht aus Lösungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und zumindest einem elektroaktiven Polymer durch Energieeintrag.
10. Herstellung von Nanokompositschichten aus Schichten aufgebracht aus Lösungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und einem elektroaktiven Polymer, wobei die Nanostrukturen direkt in der aufgebrachten Schicht, bestehend aus Nanostruktur-Precursorverbindungen und elektroaktivem Polymer, durch Energieeintrag hergestellt werden.
11. Herstellung von Nanokompositschichten durch thermische Behandlung von Schichten aufgebracht aus Lösungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und einem elektroaktiven Polymer.
12. Herstellung von Nanokompositschichten durch thermische Behandlung von Schichten aufgebracht aus Lösungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und einem elektroaktiven Polymer, wobei die Nanostrukturen direkt in der aufgebrachten Schicht, bestehend aus Nanostruktur-Precursorverbindungen und elektroaktivem Polymer, hergestellt werden.
13. Herstellung von Nanokompositschichten nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 und 12, wobei die Schichten aufgebracht aus Lösungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und einem elektroaktiven Polymer mit Strahlung, im speziellen hochenergetischer Strahlung, wie Elektronenstrahlung, Röntgenstrahlung oder Mikrowellenstrahlung behandelt wird.
14. Herstellung von Nanokompositschichten durch thermische Behandlung von Schichten aufgebracht aus Lösungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und einem elektroaktiven Polymer, wobei die Temperatur in der Schicht 400°C, vorzugsweise 200°C nicht überschreitet.
15. Herstellung von Nanokompositschichten durch thermische Behandlung von Schichten aufgebracht aus Lösungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 und einem elektroaktiven Polymer, wobei die Nanostrukturen direkt in der aufgebrachten Schicht, bestehend aus Nanostruktur-Precursorverbindungen und elektroaktivem Polymer, hergestellt werden und die Temperatur in der Schicht 400°C, vorzugsweise 200°C nicht überschreitet.
16. Herstellung von Nanokompositschichten nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 und 15, wobei die gebildeten Nanostrukturen Größen von unter 1 μιη, vorzugsweise unter 100 nm aufweisen.
17. Herstellung von Nanokompositschichten nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 und 16, wobei die Schichtdicke dieser Nanokompositschichten unter 500 nm, vorzugsweise unter 250 nm liegt.
18. Herstellung von Nanokompositschichten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, wobei als elektroaktive Polymere zum Beispiel Polythiophene, Polyfluorene, Polycarbazole, Polyphenylene, Polyphenylenvinylene, Polyaniline, Polypyrrole, und/oder deren Derivate, Oligomere und Copolymere dieser Polymere verwendet werden.
19. Herstellung von Nanokompositschichten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, wobei anstatt des elektroaktiven Polymers niedermolekulare elektroaktive organische Verbindungen, zum Beispiel Verbindungen und Derivate dieser Verbindungen aus den Familien der Phtalocyanine, Perylene, Fullerene, Thiophene, Pentacene, Anthracene, eingesetzt werden.
20. Verwendung der Nanokompositschichten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19 zur Herstellung von Bauteilen oder Bauelementen wie Solarzellen, Sensoren oder Detektoren, elektrischen oder optischen (einschließend den UV-, IR- und Mikrowellenbereich) umfassenden Bauelementen, Schaltern, Displays oder Strahlung emittierenden Bauelementen, wie Laser oder Licht emittierende Dioden (LEDs).
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