WO2011138021A2 - Photoaktives bauelement mit organischen schichten - Google Patents

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WO2011138021A2
WO2011138021A2 PCT/EP2011/002221 EP2011002221W WO2011138021A2 WO 2011138021 A2 WO2011138021 A2 WO 2011138021A2 EP 2011002221 W EP2011002221 W EP 2011002221W WO 2011138021 A2 WO2011138021 A2 WO 2011138021A2
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absorber
photoactive
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layer
layers
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Bert Maennig
Martin Pfeiffer
Christian Uhrich
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Heliatek Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to a photoactive component with organic layers consisting of a single, tandem or multiple cell with two electrodes and between the electrodes a photoactive acceptor-donor layer system with at least three absorber materials.
  • Organic solar cells consist of a sequence of thin layers (typically lnm to ⁇ ) of organic materials, which are preferably vapor-deposited in vacuo or spin-coated from a solution.
  • the electrical contacting can be effected by metal layers, transparent conductive oxides (TCOs) and / or transparent conductive polymers (PEDOT-PSS, PA I).
  • a solar cell converts light energy into electrical energy.
  • the term photoactive also refers to the conversion of light energy into electrical energy. in the
  • solar cells In contrast to inorganic solar cells, solar cells do not directly generate free charge carriers by light, but excitons are first formed, ie electrically neutral excitation states (bound electron-hole pairs). Only in a second step are these
  • organic-based components over conventional inorganic-based devices (semiconductors such as silicon, gallium arsenide) is the sometimes extremely high optical absorption coefficient (up to 2x105 cm-1), which offers the possibility of low material and energy consumption to produce very thin solar cells. Further technological aspects are the low cost, the possibility of producing flexible large-area components on plastic films, and the almost unlimited possibilities of variation and the unlimited availability of organic chemistry.
  • n or p denotes an n- or p-type doping, which leads to an increase in the density of free electrons or holes in the thermal equilibrium state.
  • n-layer (s) or p-layer (s) are at least partially nominally undoped and only due the material properties (eg different mobilities), due to unknown impurities (eg
  • i-layer designates a nominally undoped layer (intrinsic layer).
  • One or more i-layers may in this case be layers of a material as well as a mixture of two materials (so-called interpenetrating networks or bulk heterojunction, M.
  • the separating interface may be between the p (n) layer and the i-layer or between two i-layers.
  • the electrons are now transported to the n-area and the holes to the p-area.
  • the transport layers are preferably transparent or largely transparent Wide gap materials as described, for example, in WO 2004083958.
  • wide-gap materials in this case materials are referred to, the absorption maximum in the wavelength range ⁇ 450 nm, preferably at ⁇ 400 nm.
  • the i-layer is a mixed layer
  • US Pat. No. 5,093,698 discloses the doping of organic materials. By adding an acceptor-like or donor-like dopant substance, the equilibrium charge carrier concentration in the layer is increased and the conductivity is increased. According to US 5,093,698, the doped layers are used as injection layers at the interface to the contact materials in electroluminescent devices. Similar doping approaches are analogous also useful for solar cells.
  • the photoactive i-layer may be a double layer (EP0000829) or a mixed layer (Hiramoto, Appl. Phys. Lett., 58, 106e (1991)). Also known is a combination of double and mixed layers (Hiramoto, Appl. Lett., 58, 1062 (1991), US 6,559,375). It is also known that the mixing ratio is different in different areas of the mixed layer (US 20050110005) or the mixing ratio has a gradient.
  • Organic pin tandem cells are also known from the literature (DE 102004014046): The structure of such a tandem cell consists of two single-pin cells, the layer sequence "pin” being the sequence of a p-doped one
  • doped layer systems are preferably made of transparent materials, so-called wide-gap materials / layers and they can also partially or be completely undoped or have location-dependent different doping concentrations or have a continuous gradient in the doping concentration.
  • very low doped or heavily doped regions in the border region at the electrodes, in the border region to another doped or undoped transport layer, in the border region to the active layers or in tandem or multiple cells in the border region to the adjacent pin or nip subcell , ie in the region of the recombination zone are possible. Any combination of all these features is possible.
  • such a tandem cell can also be a so-called inverted structure (eg nip tandem cell).
  • pin tandem cells are referred to by the term pin tandem cells.
  • small molecules are understood as meaning non-polymeric organic molecules having monodisperse molecular weights between 100 and 2000, which are present under atmospheric pressure (atmospheric pressure of the atmosphere surrounding us) and in solid phase at room temperature.
  • these small molecules can also be photoactive, it being understood under photoactive that the molecules change their charge state upon incidence of light.
  • the classic structure of such a tandem solar cell is such that in the two sub-cells different absorber systems are used, which absorb in different parts (possibly overlapping) of the solar spectrum in order to exploit the widest possible range.
  • the absorber system of one subcell absorbs in the shorter wavelength spectral range (preferably in the visible range) and the absorber system of the other subcell in the longer wavelength spectral range (preferably in the infrared range).
  • FIG. 1 shows the schematic distribution of the absorption spectra in the two sub-cells of a tandem cell with a classical structure.
  • tandem cells The disadvantage of these tandem cells is that the subcell with the infrared absorber provides a lower open circuit voltage than the other subcell, and thus this subcell can only make a lesser contribution to the efficiency of the component.
  • the object of the present invention is therefore to provide an organic photoactive component, which overcomes the disadvantages indicated. According to the invention, this object is achieved by an organic photoactive component according to the main claim.
  • the device according to the invention which is a simple,
  • Tandem or multiple cell has two electrodes, wherein one electrode is disposed on a substrate and one as a top counter electrode. Between the electrical this is a photoactive acceptor-donor layer system as an absorber system, which has at least three absorber materials. At least two absorber materials are donors or acceptors, one of the two absorber materials designed as donors or acceptors being absorbed at longer wavelengths than the other absorber material and one of the two absorber materials having a lower Stokes shift and / or a lower one
  • the Stokes shift is defined as the distance in nm between the maximum of the absorption and the maximum of the photoluminescence.
  • a donor is a material that gives off electrons.
  • the acceptor is a material that absorbs electrons.
  • Absorber materials are materials which absorb in the wavelength range of> 400 nm.
  • the absorption width or absorption range of an organic film is here the half-width (width at 50% of the local absorption maximum) in nm of a local
  • the photoactive layer system comprises at least three absorber materials 1, 2, 3, wherein absorber material 1 and absorber material 2 are donors and absorber material 3 is an acceptor.
  • absorber material 2 has a lower Stokes shift than absorber material 1.
  • the photoactive Layer system at least three absorber materials 1,2,3, wherein absorber material 1 and absorber material 2 are acceptors and absorber material 3 is a donor.
  • the absorber material 2 has a lower Stokes shift than absorber material 1.
  • the photoactive layer system comprises at least three absorber materials 1, 2, 3, wherein absorber material 1 and absorber material 2 are donors and absorber material 3 is an acceptor.
  • absorber material 2 has a lower absorption width than absorber material 1.
  • one of the at least two absorber materials which are designed as donors or acceptors in the absorber system, has a lower absorption width than the other absorber material.
  • the photoactive layer system comprises at least three absorber materials 1, 2, 3, wherein absorber material 1 and absorber material 2 are acceptors and absorber material 3 is a donor.
  • absorber material 2 has a lower absorption width than absorber material 1.
  • the absorber system consists of a donor-acceptor system, wherein the
  • Absorption width of the absorber system is at least 200nm to 250nm wide.
  • the absorber system consists of a photoactive acceptor donor layer system with at least three absorber materials 1, 2, 3.
  • absorber material 1 and absorber material 2 are either both donors or both acceptors, wherein absorber material 2 is absorbed at longer wavelengths than absorber material 1 and wherein absorber material 2 has a lower Stokes shift and / or a lower absorption width than absorber material 1.
  • the absorber system consists of a photoactive acceptor-donor layer system with at least three absorber materials 1, 2, 3.
  • either both donors or both acceptors are, with absorber material 2 absorbed at smaller wavelengths than absorber material 1 and wherein absorber material 2 has a lower Stokes shift and / or a lower absorption width than absorber material 1.
  • one of the at least two absorber materials formed as donors or acceptors in the absorber system absorbs at longer wavelengths than the other absorber material.
  • the absorber system contains at least two absorber materials 1, 2, wherein the second absorber material 2 absorbs at longer wavelengths than the absorber material 1.
  • one of the at least two absorber materials which are designed as donors or acceptors in the absorber system, absorbs the other absorber material at smaller wavelengths.
  • the second absorber material 2 has a narrower absorption range than the first absorber material 1.
  • the advantage of this structure according to the invention is that the solar cells can provide a higher open circuit voltage at the same absorption range compared to the prior art Technology.
  • the absorption widths of the respective absorber systems in tandem or multiple cells must be at least 200 nm to 250 nm wide.
  • the component is designed as an organic pin solar cell or organic pin tandem solar cell.
  • a tandem solar cell while a solar cell is referred to, which consists of a vertical stack of two series-connected solar cells.
  • the second absorber material 2 has a lower Stokes shift than the first absorber material 1.
  • the first absorber material 1 and / or the second absorber material 2 are at least partially in a mixed layer
  • At least two absorber materials of the absorber system at least partially present in a mixed layer.
  • the HOMO layers of one of the at least two absorber materials which are designed as donors or acceptors in the absorber system, differ by a maximum of 0.2 eV from other absorber material, preferably by a maximum of 0, leV.
  • Absorber material 2 and the absorber material 1 by a maximum of 0.2eV, preferably by a maximum of 0, leV. If the absorber material 2 absorbs at longer wavelengths than the absorber material 1, the absorber material 2 will generally limit the open circuit voltage and the HOMO position of the absorber material 2 should not be significantly higher than for the absorber material 1, so as not to unnecessarily stress to lose.
  • one or more undoped, partially doped or fully doped transport layers are present in the component. These transport layers preferably have a maximum absorption at ⁇ 450 nm, very preferably ⁇ 400 nm.
  • At least one further absorber material (absorber material 3) is present in the absorber system and two or more of the absorber materials 1, 2 and 3 have different optical properties
  • the absorption region of at least one of the absorber materials 1, 2 or 3 extends into the infrared region in the wavelength range of> 700 nm to 1500 nm.
  • At least one of the absorber materials is a 1, 2 or 3
  • Absorber material selected from the class consisting of fullerenes or fullerene derivatives, phthalocyanines,
  • Perylene derivatives TPD derivatives or oligothiophene derivatives.
  • the component consists of a tandem or multiple cell.
  • P refers the device consists of a combination of nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin or pipn structures, in which several independent combinations containing at least one i-layer are stacked on top of each other ,
  • the layers of the layer system of the component are formed as a light trap extending the optical path of the incident light.
  • the organic materials used are small molecules.
  • small molecules are understood to mean non-polymeric organic molecules having monodisperse molecular weights between 100 and 2000, which are present under normal pressure (atmospheric pressure of the atmosphere surrounding us) and in solid phase at room temperature.
  • these small molecules can also be photoactive, it being understood under photoactive that the molecules change their charge state upon incidence of light.
  • the organic materials used are at least partially polymers.
  • the organic layers consist at least partially of small molecules, at least partially of polymers or of a combination of small molecules and polymers.
  • the component is semitransparent at least in a certain range of light wavelengths.
  • the Component used on flat, curved or flexible support surfaces are preferably plastic films or metal foils (eg aluminum, steel), etc.
  • the component is realized as a tandem cell.
  • tandem cells it is important that both sub-cells absorb the same amount or generate the same amount of electricity. If namely the
  • the infrared absorber must also have a broad absorption, which in total results in a very low open circuit voltage.
  • the goal of 10% efficiency, if at all, is very difficult to achieve.
  • Absorber system of a combination consists of a broad-absorbing material (material 1), which in shorter wavelengths (preferably VIS) absorbed and thus can provide a greater open circuit voltage, and of a narrow-absorbing material (material 2), which absorbs at longer wavelengths (preferably infrared), but also provide the same large open circuit voltage due to the low Stokes shift can be like the material 1
  • the absorption width of absorber material 2 is 20 nm to 250 nm narrower than the absorption width of absorber material 1, particularly preferably 50 nm to 100 nm.
  • the second absorber material 2 has a higher or very high
  • the preferred construction of a photoactive component according to the invention comprises a combination of a broadly absorbing absorber material (material 1) which absorbs at shorter wavelengths (preferably VIS) and a narrowly absorbing absorber material (material 2) absorbed at longer wavelengths (preferably infrared).
  • material 1 or 2 can be present as individual layers or as mixed layers or any combinations can be present.
  • both absorber materials 1 and 2 are either donors or acceptors.
  • the absorber system consists of at least three absorber materials, wherein absorber material 3 is a donor, in the case of the absorber material 1 and 2 are acceptors or absorber material 3 is an acceptor, if absorber material 1 and 2 are donors.
  • a photoactive component according to the invention is implemented as a tandem or multiple cell as follows:
  • the first subcell contains a combination of a broadly absorbing material (material 1) and a narrowly absorbing material (material 2 ) which absorbs at longer wavelengths than material 1 and the second subcell contains a combination of a wide-absorbing material (material 4) and a narrow-absorbing material (material 5) which absorbs at longer wavelengths than material 4.
  • materials 1 and 2 absorb in the visible wavelength region (VIS) and material 4 and 5 in the infrared region (IR).
  • the tandem cell thus absorbs both in both partial cells in the VIS and in the IR range and, in turn, covers a wide range of the solar spectrum, as in the classical tandem structure (preferably from 400 nm to
  • both subcells can deliver a large no-load voltage and the efficiency is thus higher in comparison with a tandem cell with the classical design.
  • Tandem cell according to the invention both materials 1 and 2 or 4 and 5 each either donors or acceptors.
  • materials 1 and 2 or 4 and 5 each either donors or acceptors.
  • MS material 1 / MS material 2 / ES material 3 MS material 2 / MS material 1 / ES material 3 triple compound layer of material 1, 2 and 3
  • absorber system 2 of the subcell 2 can have the following structure:
  • material 6 is a donor if materials 4 and 5 are acceptors, and material 6 is an acceptor if materials 4 and 5
  • Donors are.
  • the materials 3 and 6 may also be identical.
  • one or more of the materials 1,2,4 and 5 may be identical.
  • tandem cell or multiple cell of more than two sub-cells can then be any combination of the above structures of the sub-cells 1 and 2.
  • At least one of the photoactive mixed layers contains as acceptor a material from the group of fullerenes or
  • At least one of the photoactive mixed layers contains as donor a material from the class of phthalocyanines,
  • At least one of the photoactive mixed layers contains as acceptor the material fullerene C 60 and as donor the material 4P-TPD.
  • the contacts are made of metal, a conductive oxide, in particular ITO, ZnO: Al or other TCOs or a conductive
  • Polymer in particular PED0T: PSS or PA I.
  • the multiple mixed layers can be shifted within a pin structure with doped wide-gap transport layers in order to achieve optimum absorption. For this purpose, it can also be very advantageous to change the pin structure into a nip structure. Especially if the
  • a further embodiment of the component according to the invention consists in that there is still a p-doped layer between the first electron-conducting layer (n-layer) and the electrode located on the substrate, so that it is a pnip or pni structure , wherein preferably the doping is chosen so high that the direct pn contact has no blocking effect, but it comes to low-loss recombination, preferably by a tunneling process.
  • a p-doped layer may still be present in the component between the photoactive i-layer and the electrode located on the substrate, so that it is a pip or pi structure, wherein the additional p doped layer has a Fermi level position which is at most 0.4 eV, but preferably less than 0.3 eV below the electron transport level of the i-layer, so that there is low-loss electron extraction from the i-layer into this p-layer can come.
  • a further embodiment of the component according to the invention consists in that there is still an n-layer system between the p-doped layer and the counterelectrode, so that it is a nipn or ipn structure, wherein preferably the doping is chosen to be so high that the direct pn contact has no blocking effect, but it comes to low-loss recombination, preferably through a tunneling process.
  • an n-layer system may be present in the device between the intrinsic, photoactive layer and the counterelectrode, so that it is a nin- or in-structure, wherein the additional n-doped layer has a Fermi level position, which is at most 0.4 eV, but preferably less than 0.3 eV, above the hole transport interval of the i-layer, so that loss-poor hole extraction from the i-layer can occur in this n-layer.
  • Layer system and / or contains a p-layer system so that it is a pnipn, pnin, pipn or pin structure, which are characterized in all cases in that - regardless of the conductivity type - the substrate side of the photoactive i-layer adjacent layer has a lower thermal work function than that of the substrate
  • the device may be a tandem cell of a combination of nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin, or pipn structures, in which several independent combinations, the contain at least one i-layer stacked on top of each other (cross-combinations).
  • this is designed as a pnipnipn tandem cell.
  • the acceptor material is present in the mixed layer at least partially in crystalline form.
  • the donor material in the blend layer is at least partially in crystalline form.
  • both are
  • the acceptor material has an absorption maximum in the wavelength range
  • the donor material has an absorption maximum in the wavelength range
  • the photoactive i-layer system contains, in addition to the said mixed layer, further photoactive single or mixed layers.
  • the n-material system consists of one or more layers. In another embodiment, the p-material system consists of one or more layers.
  • the donor material is an oligomer, in particular an oligomer according to WO2006092134, a porphyrin derivative, a pentacene derivative or a
  • Perylene derivative such as DIP (di-indeno-perylene), DBP (di-benzoperylene).
  • the p-type material system contains a TPD derivative (triphenylamine dimer), a spiro compound such as spiropyrane, spiroxazine, MeO-TPD ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ', ⁇ '-tetrakis (4-methoxyphenyl) - benzidine), di-NPB
  • N N'-diphenyl-N, N'-bis ( ⁇ , ⁇ '-di (1-naphthyl) -N, '-diphenyl- (1, 1'-biphenyl) 4, 4'-diamines
  • MTDATA 4, 4 ⁇ , 4 ⁇ '-tris (N-3 - methylphenyl-N-phenyl-amino) - triphenylamine
  • TNATA N, N'-diphenyl-N, N'-bis ( ⁇ , ⁇ '-di (1-naphthyl) -N, '-diphenyl- (1, 1'-biphenyl) 4, 4'-diamines
  • MTDATA 4, 4 ⁇ , 4 ⁇ '-tris (N-3 - methylphenyl-N-phenyl-amino) - triphenylamine
  • TNATA N, N'-diphenyl-N, N'-bis ( ⁇ , ⁇
  • the n-material system contains fullerenes such as C60, C70; NTCDA (1, 4, 5, 8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride), NTCDI (naphthalenetetracarboxylic diimide) or PTCDI (perylene 3, 4, 9, 10-bis (dicarboximide).
  • fullerenes such as C60, C70; NTCDA (1, 4, 5, 8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride), NTCDI (naphthalenetetracarboxylic diimide) or PTCDI (perylene 3, 4, 9, 10-bis (dicarboximide).
  • the p-type material system contains a p-dopant, wherein this p-dopant F4-TCNQ, a p-dopant as in DE10338406, DE10347856,
  • the n-type material system contains an n-dopant, where this n-dopant is a TTF derivative (tetrathiafulvalene derivative) or DTT derivative (dithienothiophene), an n-dopant as described in DE10338406,
  • one electrode is transparent with a transmission> 80% and the other electrode is reflective with a reflection> 50%.
  • the component is semitransparent with a transmission of 10-80%.
  • the electrodes consist of a metal (eg Al, Ag, Au or a combination of these), a conductive oxide, in particular ITO, ZnO: Al or another TCO (Transparent Conductive Oxide), a conductive polymer, in particular PEDOT / PSS poly (3,4-ethylene dioxythiophene) poly (styrenesulfonate) or PANI
  • the light trap is realized in that the component is built up on a periodically microstructured substrate and the homogeneous function of the device, ie a short-circuit free contact and homogeneous distribution of the electric field over the entire surface, through the use of a doped wide -gap layer is guaranteed.
  • Ultrathin devices have an increased risk of forming local short circuits on structured substrates, so that such an obvious inhomogeneity ultimately dalty of the entire component is at risk. This short circuit risk is reduced by the use of the doped transport layers.
  • the light trap is realized by constructing the device on a periodically microstructured substrate and the homogeneous function of the device, its short-circuit-free contacting and a homogeneous distribution of the electric field over the entire surface through the use of a doped wide-gap layer is ensured. It is particularly advantageous that the light passes through the absorber layer at least twice, which can lead to increased light absorption and thereby to improved efficiency of the solar cell. This can be achieved, for example, by the substrate having pyramid-like structures on the surface with heights (h) and widths (d) in the range from one to several hundred micrometers in each case. Height and width can be chosen the same or different. Likewise, the
  • Pyramids be constructed symmetrically or asymmetrically.
  • the light trap is realized in that a doped wide-gap layer has a smooth interface with the i-layer and a rough interface with the reflective contact.
  • interface can be defined by a periodic
  • Microstructuring can be achieved. Particularly advantageous is the rough interface when they diffuse the light
  • the light trap is realized in that the component is built up on a periodically microstructured substrate and a
  • doped wide-gap layer provides a smooth interface to the Layer and a rough interface to the reflective
  • the entire structure is provided with a transparent base and cover contact.
  • the photoactive component in particular an organic solar cell, consists of an electrode and a counterelectrode and at least two organic photoactive mixed layers between the electrodes, the mixed layers each comprising at least two materials and the two main materials in each case at least one mixed layer one
  • Absorber system consisting of a donor-acceptor system, wherein the absorption width of the absorber system is at least 200nm to 250nm wide.
  • the absorber system contains at least two absorber materials (material 1 and 2), with material 2 at longer wavelengths
  • At least one further organic layer is present between the mixed-layer system and the one electrode.
  • At least one further organic layer is present between the mixed-layer system and the counterelectrode.
  • one or more of the further organic layers are doped wide-gap layers, the maximum of the absorption being ⁇ 450 nm.
  • the main materials of the mixed layers have different optical absorption spectra, which complement each other to cover the widest possible spectral range.
  • the absorption region of at least one of the main materials of the mixed layers extends into the infrared region.
  • the absorption region of at least one of the main materials of the mixed layers extends into the infrared region in the wavelength range of> 700 nm to 1500 nm.
  • the HOMO and LUMO levels of the main materials are adjusted so that the system has a maximum open circuit voltage, a maximum short circuit current, and a maximum fill factor allows.
  • the entire structure is provided with a transparent base and cover contact.
  • the photoactive components according to the invention are used on curved surfaces, such as concrete, roof tiles, clay, car glass, etc. It is advantageous that the organic solar cells according to the invention can be applied to flexible carriers such as films, textiles, etc., compared to conventional inorganic solar cells.
  • the photoactive components according to the invention are applied to a film or textile which is located on the side opposite the organic layer system according to the invention
  • Adhesion agent such as an adhesive
  • the photoactive components according to the invention have another adhesive in the form of a hook-and-loop fastener connection.
  • the photoactive components according to the invention are used in connection with energy buffer or energy storage medium such as, for example, accumulators, capacitors, etc. for connection to consumers or devices.
  • energy buffer or energy storage medium such as, for example, accumulators, capacitors, etc.
  • the photoactive components according to the invention are used in combination with thin-film batteries.
  • the photoactive components according to the invention are applied to a film or textile which is on the opposite side to the organic layer system according to the invention
  • Adhesive such as having an adhesive. This makes it possible to produce a solar adhesive sheet, which can be arranged on any surfaces as needed. Thus, a self-adhesive solar cell can be generated.
  • the organic solar cells according to the invention have another adhesive in the form of a hook-and-loop fastener connection.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the distribution of the
  • FIG. 3 is an exemplary schematic representation of a possible course of the absorption spectra of material 1 and 2 in a single cell according to the invention, in FIG.
  • FIG. 4 shows an exemplary schematic representation of a possible course of the absorption and photo-luminescence spectra of a material 1 and of a material 2 in a single cell according to the invention
  • FIG. 5 an exemplary schematic representation of one possible course of the absorption spectra of material 1 and 2 in a single cell according to the invention, wherein the material 2 has a higher or very high absorption (value of the optical density at maximum) in comparison to material 1, in
  • FIG. 7 shows an exemplary schematic representation of the distribution of the absorption spectra of the four materials in the two sub-cells in a tandem cell according to the invention, wherein the materials 4 and 5 have a higher absorption than the absorption spectrum of the four materials in the two sub-cells Materials 1 and 2, in Figure 8 is a further exemplary schematic representation of the distribution of the absorption spectra of the four materials in the two sub-cells in a tandem cell according to the invention, in
  • FIG. 9 shows a further exemplary schematic representation of the distribution of the absorption spectra of the four materials in the two sub-cells in a tandem cell according to the invention, wherein the materials 2 and 5 have a higher
  • FIG. 10 shows a further exemplary schematic representation of the distribution of the absorption spectra of the four materials in the two sub-cells in a tandem cell according to the invention, wherein the four materials cover a broad range of the solar spectrum, in FIG.
  • FIG 11 shows a schematic representation of a structure of an exemplary photoactive component on a microstructured substrate and in FIG 12 shows the schematic representation of a structure of an exemplary photoactive component.
  • the absorption and photoluminescence spectra of a material 1 and of a material 2 are shown in FIG. 4 in order to illustrate an arrangement according to the invention.
  • the material 2 in FIG. 5 has a higher or very high absorption (value of the optical density at the maximum) in comparison with FIG. 5
  • the structure of a photoactive component according to the invention includes a
  • the materials 1 and 2 are mixed layers. But there may be any combinations.
  • both materials 1 and 2 are donors.
  • the two are
  • the absorption width of material 2 is 20 nm to 150 nm narrower than that
  • Absorbance width of material more preferably 50nm to 100nm.
  • the absorber System of three materials wherein the materials 1 and 2 are acceptors and the material 3 is a donor.
  • the absorber system consists of three materials, wherein the materials 1 and 2 are donors and the material 3 is an acceptor.
  • the first subcell includes a combination of a broad-absorbing material (material 1) and a narrow-absorbing material (material 2) which is longer wavelengths absorbed as material 1 and the second subcell contains a combination of a broad-absorbing material (material 4) and a narrow-absorbing material (material 5) which absorbs at longer wavelengths than material 4.
  • materials 1 and 2 absorb in the visible wavelength range (VIS) and material 4 and 5 in the infrared range (IR).
  • VIS visible wavelength range
  • IR infrared range
  • the materials 4 and 5 have a higher absorption than the ones of FIG
  • materials 1 and 4 absorb in the visible wavelength range (VIS) and material 2 and 5 in the infrared range (IR), the absorption spectra of materials 1 and 4 and 2 and 5 being distributed in an overlapping manner.
  • VIS visible wavelength range
  • IR infrared range
  • materials 1 and 4 absorb in the visible wavelength range (VIS) and material 2 and 5 in the infrared range (IR), wherein the absorption spectra of materials 1 and 4 and 2 and 5 are overlappingly distributed and the materials 4 and 5 have a higher absorption than the materials 1 and 2.
  • VIS visible wavelength range
  • IR infrared range
  • materials 1 and 4 absorb in the visible wavelength range
  • VIS infrared region
  • IR infrared region
  • tandem cell according to the invention both materials 1 and 2 or 4 and 5 respectively donors.
  • Tandem cell according to the invention both materials 1 and 2 or 4 and 5 respectively acceptors.
  • the organic component according to the invention is designed as a tandem cell, the respective sub-cells being an absorber system 1 for the first subcell and an absorber system 2 for the second subcell
  • the absorber system 1 of the subcell 1 has one of the following constructions
  • MS Material 2 / MS Material 1 / ES Material 3 triple compound layer of material 1, 2 and 3
  • materials 4 and 5 are acceptors and material 6 is a donor.
  • the materials 4 and 5 are donors and the material 6 is an acceptor. In another embodiment, the materials 3 and 6 are identical.
  • one or more of the materials 1,2,4 and 5 are identical.
  • In a further embodiment contains at least one of the photoactive mixed layers in one of the sub-cells accepting the material fullerene C 60 and as donor the material 4P-TPD.
  • a light trap is used in Figure 11 to extend the optical path of the incident light in the active system.
  • the light trap is realized in that the device is constructed on a periodically microstructured substrate and the homogeneous function of the device whose short-circuit-free contacting and a homogeneous distribution of the electric field over the entire surface is ensured by the use of a doped wide-gap layer , It is particularly advantageous that the light passes through the absorber layer at least twice, which can lead to increased light absorption and thereby to improved efficiency of the solar cell.
  • the substrate has pyramid-like structures on the surface with heights (h) and widths (d), in each case in the range from one to several hundred micrometers. Height and width can be chosen the same or different.
  • the pyramids can be constructed symmetrically or asymmetrically.
  • the width of the pyramidal structures is between ⁇ and 200 ⁇ .
  • the height of the pyramidal structures can be between ⁇ and 1mm.
  • substrate 12 electrode; eg ITO or metal (10 - 200nm)
  • electrode e.g. ITO or metal (10 - 200nm)
  • the photoactive component according to the invention has the following layer sequence in FIG.
  • HTL hole transport layer

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Abstract

Die Erfindung ein Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten, bestehend aus einer Einfach-, Tandem- oder Mehrfachzelle mit zwei Elektroden 2,9 und zwischen den Elektroden 2,9 ein photoaktives Akzeptor-Donator- Schichtsystem 4 mit zumindest drei Absorbermaterialien. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Absorbermaterialien Donatoren oder Akzeptoren, wobei eines der beiden als Donatoren oder Akzeptoren ausgebildeten Absorbermaterialien bei größeren Wellenlängen absorbiert als das andere Absorbermaterial und wobei eines der beiden Absorbermaterialien einen geringeren Stokes-Shift und/oder eine geringere Absorptionsbreite als das andere Absorbermaterial aufweist.

Description

Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten
Die Erfindung ein Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten, bestehend aus einer Einfach-, Tandem- oder Mehrfachzelle mit zwei Elektroden und zwischen den Elektroden ein photoaktives Akzeptor-Donator-Schichtsystem mit zumindest drei Absorbermaterialien.
Seit der Demonstration der ersten organischen Solarzelle mit einem Wirkungsgrad im Prozentbereich durch Tang et al . 1986 [C.W. Tang et al . Appl . Phys . Lett. 48, 183 (1986)], werden organische Materialien intensiv für verschiedene elektronische und optoelektronische Bauelemente untersucht. Organische Solarzellen bestehen aus einer Folge dünner Schichten (typischerweise lnm bis Ιμπι) aus organischen Materialien, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung aufgeschleudert werden. Die elektrische Kontaktierung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide (TCOs) und/oder transparente leitfähige Polymere (PEDOT-PSS, PA I) erfolgen.
Eine Solarzelle wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. Der Begriff photoaktiv bezeichnet hierbei ebenfalls die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Im
Gegensatz zu anorganische Solarzellen werden bei organischen Solarzellen durch das Licht nicht direkt freie Ladungsträger erzeugt, sondern es bilden sich zunächst Exzitonen, also elektrisch neutrale Anregungszustände (gebundene Elektron- Loch-Paare) . Erst in einem zweiten Schritt werden diese
BESTÄTIGUNGSKOPIE Exzitonen in freie Ladungsträger getrennt, die dann zum elektrischen Stromfluß beitragen.
Der Vorteil solcher Bauelemente auf organischer Basis gegenüber den konventionellen Bauelementen auf anorganischer Basis (Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid) sind die teilweise extrem hohen optischen Absorptionskoeffizienten (bis zu 2x105 cm-1) , so dass sich die Möglichkeit bietet, mit geringem Material- und Energieaufwand sehr dünne Solarzellen herzustellen. Weitere technologische Aspekte sind die niedrigen Kosten, die Möglichkeit, flexible großflächige Bauteile auf Plastikfolien herzustellen, und die nahezu unbegrenzten Variationsmöglichkeiten und die unbegrenzte Verfügbarkeit der organischen Chemie.
Eine in der Literatur bereits vorgeschlagene Realisierungs - möglichkeit einer organischen Solarzelle besteht in einer pin -Diode [Martin Pfeiffer, „Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications" , PhD thesis TU-Dresden, 1999.] mit folgendem Schichtaufbau:
0. Träger, Substrat, 1. Grundkontakt, meist transparent,
2. p- Schicht (en),
3. i- Schicht (en),
4. n- Schicht (en),
5. Deckkontakt . Hierbei bedeutet n bzw. p eine n- bzw. p-Dotierung, die zu einer Erhöhung der Dichte freier Elektronen bzw. Löcher im thermischen Gleichgewichtszustand führt. Es ist allerdings auch möglich, dass die n-Schicht (en) bzw. p-Schicht (en) zumindest teilweise nominell undotiert sind und nur aufgrund der Materialeigenschaften (z.B. unterschiedliche Beweglichkeiten), aufgrund unbekannter Verunreinigungen (z.B.
verbliebene Reste aus der Synthese, Zerfalls- oder Reaktionsprodukte während der Schichtherstellung) oder aufgrund von Einflüssen der Umgebung (z.B. angrenzende Schichten, Eindiffusion von Metallen oder anderen organischen Materialien, Gasdotierung aus der Umgebungsatmosphäre) bevorzugt n-leitende bzw. bevorzugt p-leitende Eigenschaften besitzen. In diesem Sinne sind derartigen Schichten primär als Trans- portschichten zu verstehen. Die Bezeichnung i- Schicht bezeichnet demgegenüber eine nominell undotierte Schicht (intrinsische Schicht) . Eine oder mehrere i-Schichten können hierbei Schichten sowohl aus einem Material, als auch eine Mischung aus zwei Materialien (sogenannte interpenetrierende Netzwerke bzw. bulk-heterojunction; M. Hiramoto et al . Mol. Cryst. Liq. Cryst., 2006, 444, pp. 33-40) bestehen. Das durch den transparenten Grundkontakt einfallende Licht erzeugt in der i-Schicht bzw. in der n-/p-Schicht Exzitonen (gebundene Elektron-Loch- Paare) . Diese Exzitonen können nur durch sehr hohe elektrische Felder oder an geeigneten Grenzflächen getrennt werden. In Organische Solarzellen stehen ausreichend hohe Felder nicht zur Verfügung, so dass alle Erfolg versprechenden Konzepte für organische Solarzellen auf der Exzitonentrennung an photoaktiven Grenzflächen beruhen. Die Exzitonen gelangen durch Diffusion an eine derartige aktive Grenzfläche, wo Elektronen und Löcher voneinander getrennt werden. Das Material, welches die Elektronen aufnimmt, wird dabei als Akzeptor, und das Material, welches das Loch aufnimmt, als Donator (oder Donor) bezeichnet. Die trennende Grenzfläche kann zwischen der p- (n-) Schicht und der i-Schicht bzw. zwischen zwei i-Schichten liegen. Im eingebauten elektrischen Feld der Solarzelle werden die Elektronen nun zum n-Gebiet und die Löcher zum p-Gebiet abtransportiert. Vorzugsweise handelt es sich bei den Trans- portschichten um transparente oder weitgehend transparente Materialien mit großer Bandlücke (wide-gap) wie sie z.B. in WO 2004083958 beschrieben sind. Als wide-gap Materialien werden hierbei Materialien bezeichnet, deren Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich <450nm liegt, vorzugsweise bei <400nm.
Da durch das Licht immer erst Exzitonen erzeugt werden und noch keine freien Ladungsträger, spielt die rekombinations- arme Diffusion von Exzitonen an die aktive Grenzfläche eine kritische Rolle bei Organische Solarzellen. Um einen Beitrag zum Photostrom zu leisten, muss daher in einer guten organischen Solarzelle die Exzitonendiffusionslänge die typische Eindringtiefe des Lichts deutlich übersteigen, damit der überwiegende Teil des Lichts genutzt werden kann. Strukturell und bezüglich der chemischen Reinheit perfekte organi- sehe Kristalle oder Dünnschichten erfüllen durchaus dieses Kriterium. Für großflächige Anwendungen ist allerdings die Verwendung von monokristallinen organischen Materialien nicht möglich und die Herstellung von Mehrfachschichten mit ausreichender struktureller Perfektion ist bis jetzt noch sehr schwierig.
Falls es sich bei der i-Schicht um eine Mischschicht
handelt, so übernimmt die Aufgabe der Lichtabsorption entweder nur eine der Komponenten oder auch beide. Der Vorteil von Mischschichten ist, dass die erzeugten Exzitonen nur einen sehr kurzen Weg zurücklegen müssen bis sie an eine
Domänengrenze gelangen, wo sie getrennt werden. Der Abtransport der Elektronen bzw. Löcher erfolgt getrennt in den jeweiligen Materialien. Da in der Mischschicht die Materialien überall miteinander im Kontakt sind, ist bei diesem Konzept entscheidend, dass die getrennten Ladungen eine lange Lebensdauer auf dem jeweiligen Material besitzen und von jedem Ort aus geschlossene Perkolationspfade für beide Ladungsträgersorten zum jeweiligen Kontakt hin vorhanden sind .
Aus der US 5,093,698 ist die Dotierung organischer Materialien bekannt. Durch Beimischung einer akzeptorartigen bzw. donatorartigen Dotiersubstanz wird die Gleichgewichts- ladungsträgerkonzentration in der Schicht erhöht und die Leitfähigkeit gesteigert. Nach US 5,093,698 werden die dotierten Schichten als Injektionsschichten an der Grenzfläche zu den Kontaktmaterialien in elektrolumineszierenden Bauelementen verwendet. Ähnliche Dotierungsansätze sind ana- log auch für Solarzellen zweckmäßig.
Aus der Literatur sind verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für die photoaktive i-Schicht bekannt. So kann es sich hierbei um eine Doppelschicht (EP0000829) oder eine Mischschicht (Hiramoto, Appl . Phys.Lett. 58,1062 (1991)) handeln. Bekannt ist auch eine Kombination aus Doppel-und Mischschichten (Hiramoto, Appl. Phys.Lett. 58,1062 (1991); US 6,559,375). Ebenfalls bekannt ist, dass das Mischungsverhältnis in verschiedenen Bereichen der Mischschicht unterschiedlich ist (US 20050110005) bzw. das Mischungs- Verhältnis einen Gradienten aufweist.
Weiterhin sind Tandem- bzw. Mehrfachsolarzellen aus der Literatur bekannt (Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990); DE 102004014046) .
Weiterhin aus der Literatur bekannt sind organische pin- Tandemzellen (DE 102004014046) : Die Struktur solch einer Tandemzelle besteht aus zwei pin-Einzelzellen wobei die Schichtfolge „pin" die Abfolge aus einem p-dotierten
Schichtsystem, einem undotierten photoaktiven Schichtsystem und einem n-dotierten Schichtsystem beschreibt. Die
dotierten Schichtsysteme bestehen bevorzugt aus transparenten Materialien, so genannten wide-gap Materialien/Schichten und sie können hierbei auch teilweise oder ganz undotiert sein oder auch ortsabhängig verschiedene Dotierungskonzentrationen aufweisen bzw. über einen kontinuierlichen Gradienten in der Dotierungskonzentration verfügen. Speziell auch sehr gering dotierte oder hochdotierte Bereiche im Grenzbereich an den Elektroden, im Grenzbereich zu einer anderen dotierten oder undotierten Transport - schicht, im Grenzbereich zu den aktiven Schichten oder bei Tandem- oder Mehrfachzellen im Grenzbereich zu der anliegenden pin- bzw. nip- Teilzelle, d.h. im Bereich der Rekombi- nationszone sind möglich. Auch eine beliebige Kombination aus allen diesen Merkmalen ist möglich. Natürlich kann es sich bei einer solchen Tandemzelle auch um eine sogenannte invertierte Struktur (z.B. nip-Tandemzelle ; handeln. Im Folgenden werden alle diese möglichen Tandemzellen-Reali- sierungsformen mit dem Begriff pin-Tandemzellen bezeichnet.
Unter kleinen Molekülen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen Molmassen zwischen 100 und 2000 verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere könnend diese kleinen Molekülen auch photoaktiv sein, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteinfall ihren Ladungszustand ändern.
Das Problem von organischen Solarzellen ist derzeit, dass selbst die höchsten bisher im Labor erreichten Wirkungsgrade von 6-7% noch zu gering sind. Für die meisten Anwendungen, speziell großflächige Anwendungen, wird ein Wirkungsgrad von ca. 10% als notwendig erachtet. Aufgrund der schlechteren Transporteigenschaften von organischen Halbleitern (im Ver- gleich zu anorganischen Halbleitern) und der damit verbundenen limitierten einsetzbaren Schichtdicken der Absorber in organischen Solarzellen geht man generell davon aus, dass solche Wirkungsgrade am ehesten mit Hilfe von Tandemzellen realisiert werden können (Tayebeh Ameri et al . ,Organic tandem solar cells: A review, Energy Environ. Sei., 2009, 2, 347-363; DE 10 2004 014 046.4). Speziell Wirkungsgrade bis zu 15% werden in Zukunft wohl nur mit Hilfe von Tandemzellen möglich sein. Der klassische Aufbau einer solchen Tandemsolarzelle ist dabei so, dass in den beiden Teilzellen verschiedene Absorbersysteme eingesetzt werden, die in verschiedenen Teilen (ggf. auch überlappend) des Sonnenspektrums absorbieren, um einen möglichst breiten Bereich auszunutzen. Das Absorbersystem der einen Teilzelle absorbiert hierbei im kürzerwelligen Spektralbereich (bevorzugt im sichtbaren Bereich) und das Absorbersystem der anderen Teilzelle im längerwelligen Spektralbereich (bevorzugt im Infrarot -Bereich) . In der Fig.l ist die schematische Verteilung der Absorptionsspektren in den beiden Teilzellen einer Tandemzelle mit klassischem Aufbau dargestellt.
Der Nachteil dieser Tandemzellen liegt darin, dass die Teilzelle mit dem Infrarot-Absorber eine geringere Leerlauf - Spannung liefert als die andere Teilzelle und damit kann diese Teilzelle nur einen geringeren Beitrag zum Wirkungsgrad des Bauelementes leisten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein organisches photoaktives Bauelement anzugeben, welches die aufgezeigten Nachteile überwindet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein organisches photoaktives Bauelement gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Bauelement, welches als Einfach-,
Tandem- oder Mehrfachzelle ausgeführt ist, weist zwei Elektroden auf, wobei eine Elektrode auf einem Substrat und eine als Top-Gegenelektrode angeordnet ist. Zwischen den Elektro- den ist ein photoaktives Akzeptor-Donator-Schichtsystem als Absorbersystem, welches zumindest drei Absorbermaterialien aufweist. Dabei sind zumindest zwei Absorbermaterialien Donatoren oder Akzeptoren, wobei eines der beiden als Dona- toren oder Akzeptoren ausgebildeten Absorbermaterialien bei größeren Wellenlängen absorbiert als das andere Absorbermaterial und wobei eines der beiden Absorbermaterialien einen geringeren Stokes-Shift und/oder eine geringere
Absorptionsbreite als das andere Absorbermaterial aufweist. Als Stokes-Shift wird im Sinne der Erfindung der Abstand in nm zwischen dem Maximum der Absorption und dem Maximum der Photolumineszenz definiert.
Als Donator wird ein Material bezeichnet, welches Elektronen abgibt. Als Akzeptor wird ein Material bezeichnet, welches Elektronen aufnimmt.
Als Absorbermaterialien werden dabei Materialien verstanden, die im Wellenlängenbereich von >400nm absorbieren.
Als Absorptionsbreite bzw. Absorptionsbereich eines organischen Films wird hier die Halbwertsbreite (Breite bei 50% des lokalen Absorptionsmaximums) in nm eines lokalen
Absorptionsmaximums verstanden oder die Breite des
Absorptionsspektrums in nm bei dem Wert von 20% des lokalen Absorptionsmaximums. Im Sinne der Erfindung ist es, wenn zumindest eine der beiden Definitionen zutrifft. In einer Ausführungsform der Erfindung weist das photoaktive Schichtsystem mindestens drei Absorbermaterialien 1,2,3 auf, wobei Absorbermaterial 1 und Absorbermaterial 2 Donatoren sind und Absorbermaterial 3 ein Akzeptor ist. Dabei weist das Absorbermaterial 2 einen geringeren Stokes-Shift als Absorbermaterial 1 auf.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das photoaktive Schichtsystem mindestens drei Absorbermaterialien 1,2,3 auf, wobei Absorbermaterial 1 und Absorbermaterial 2 Akzeptoren sind und Absorbermaterial 3 ein Donator ist. Dabei weist das Absorbermaterial 2 einen geringeren Stokes-Shift als Absor- bermaterial 1 aufweist.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das photoaktive Schichtsystem mindestens drei Absorbermaterialien 1,2,3 auf, wobei Absorbermaterial 1 und Absorbermaterial 2 Donatoren sind und Absorbermaterial 3 ein Akzeptor ist. Dabei weist Absorbermaterial 2 eine geringere Absorptionsbreite als Absorbermaterial 1 auf .
In einer Ausführungsform der Erfindung weist eines der zumindest zwei Absorbermaterialien, welche als Donatoren oder Akzeptoren im Absorbersystem ausgebildet sind eine geringere Absorptionsbreite als das andere Absorbermaterial auf .
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das photoaktive Schichtsystem mindestens drei Absorbermaterialien 1,2,3 auf, wobei Absorbermaterial 1 und Absorbermaterial 2 Akzeptoren sind und Absorbermaterial 3 ein Donator ist. Dabei weist Absorbermaterial 2 eine geringere Absorptionsbreite als Absorbermaterial 1 auf .
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Absorbersystem aus einem Donator-Akzeptor-System, wobei die
Absorptionsbreite des Absorbersystems mindestens 200nm bis 250nm breit ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Absorbersystem aus einem photoaktiven Akzeptor-Donator-Schichtsystem mit zumindest drei Absorbermaterialien 1,2,3. Dabei sind Absorbermaterial 1 und Absorbermaterial 2 entweder beide Donatoren oder beide Akzeptoren, wobei Absorbermaterial 2 bei größeren Wellenlängen absorbiert als Absorbermaterial 1 und wobei Absorbermaterial 2 einen geringeren Stokes-Shift und/oder eine geringere Absorptionsbreite als Absorbermaterial 1 aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das AbsorberSystem aus einem photoaktiven Akzeptor-Donator- Schichtsystem mit zumindest drei Absorbermaterialien 1,2,3.
Dabei sind Absorbermaterial 1 und Absorbermaterial 2
entweder beide Donatoren oder beide Akzeptoren sind, wobei Absorbermaterial 2 bei kleineren Wellenlängen absorbiert als Absorbermaterial 1 und wobei Absorbermaterial 2 einen geringeren Stokes-Shift und/oder eine geringere Absorptionsbreite als Absorbermaterial 1 aufweist.
In einer Ausführungsform der Erfindung absorbiert eines der zumindest zwei Absorbermaterialien, welche als Donatoren oder Akzeptoren im Absorbersystem ausgebildet sind bei größeren Wellenlängen als das andere Absorbermaterial.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Absorbersystem dabei zumindest zwei Absorbermaterialien 1,2, wobei das zweite Absorbermaterial 2 bei größeren Wellenlängen absorbiert als das Absorbermaterial 1.
In einer Ausführungsform der Erfindung absorbiert das eine der zumindest zwei Absorbermaterialien, welche als Donatoren oder Akzeptoren im Absorbersystem ausgebildet sind bei kleineren Wellenlängen das andere Absorbermaterial. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat das zweite Absorbermaterial 2 einen schmaleren Absorptionsbereich als das erste Absorbermaterial 1.
Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Aufbaus ist es, dass die Solarzellen eine höhere LeerlaufSpannung bei gleichem Absorptionsbereich liefern können im Vergleich zum Stand der Technik .
Um nun insgesamt genügend Strom zu erzeugen, dass der
Wirkungsgrad der Solarzelle 10% oder mehr betragen kann, müssen die Absorptionsbreiten der jeweiligen Absorbersysteme in Tandem- oder Mehrfachzellen mindestens 200nm bis 250nm breit sein. So kann z.B. eine Teilzelle von 400nm bis 650nm absorbieren und die andere Teilzelle von 650nm bis 900nm (Fig.2) .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bauelement als organische pin- Solarzelle bzw. organische pin-Tandemsolarzelle ausgeführt. Als Tandemsolarzelle wird dabei eine Solarzelle bezeichnet, die aus einem vertikalen Stapel zweier in Serie verschalteter Solarzellen besteht.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste
Absorbermaterial 1 und das zweite Absorbermaterial 2
entweder beide Donatoren oder beide Akzeptoren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat das zweite Absorbermaterial 2 einen geringeren Stokes-Shift als das erste Absorbermaterial 1. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Absorbermaterial 1 und/oder das zweite Absorbermaterial 2 zumindest teilweise in einer Mischschicht
vorhanden .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind
mindestens zwei Absorbermaterialien des Absorbersystems zumindest teilweise in einer Mischschicht vorhanden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich die HOMO-Lagen des eines der zumindest zwei Absorbermaterialien, welche als Donatoren oder Akzeptoren im Absorbersystem ausgebildet sind, um maximal 0,2eV vom anderen Absorbermaterial, bevorzugt um maximal 0,leV. So unterscheiden sich beispielsweise die HOMO-Lagen des
Absorbermaterial 2 und des Absorbermaterial 1 maximal um 0,2eV, bevorzugt um maximal 0,leV. Falls das Absorber- material 2 bei längeren Wellenlängen als das Absorbermaterial 1 absorbiert, so wird im allgemeinen das Absorbermaterial 2 die LeerlaufSpannung begrenzen und es sollte die HOMO-Lage des Absorbermaterials 2 nicht wesentlich höher liegen als für das Absorbermaterial 1, um nicht noch unnötig Spannung zu verlieren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind in dem Bauelement noch eine oder mehrere undotierte, teilweise dotierte oder ganz dotierte Transportschichten vorhanden. Bevorzugt haben diese Transportschichten ein Maximum der Absorption bei < 450nm, sehr bevorzugt < 400nm.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist
zumindest ein weiteres Absorbermaterial (Absorbermaterial 3) im Absorbersystem vorhanden und zwei oder mehr der Absorbermaterialien 1, 2 und 3 weisen verschiedene optische
Absorptionsspektren auf, die sich gegenseitig ergänzen, um einen möglichst breiten Spektralbereich abzudecken.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Absorptionsbereich zumindest eines der Absorbermaterialien 1, 2 oder 3 in den Infrarot-Bereich im Wellen- längenbereich von >700nm bis 1500nm.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eines der Absorbermaterialien ein 1, 2 oder 3 ein
Absorbermaterial ausgewählt aus der Klasse bestehend aus Fullerene bzw. Fullerenderivate , Phthalocyanine,
Perylenderivate , TPD-Derivate oder Oligothiophen-Derivate .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Bauelement aus einer Tandem- oder Mehrfachzelle. Bevorzugt besteht das Bauelement aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn- Strukturen, bei der mehrere unabhängige Kombinationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinander gestapelt sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Schichten des Schichtsystems des Bauelements als eine den optischen Weg des einfallenden Lichts verlängernde Lichtfalle ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den verwendeten organischen Materialien um kleine Moleküle. Unter kleinen Molekülen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht -polymere organische Moleküle mit monodispersen Molmassen zwischen 100 und 2000 verstan- den, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere könnend diese kleinen Molekülen auch photoaktiv sein, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteinfall ihren Ladungszustand ändern.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den verwendeten organischen Materialien zumindest teilweise um Polymere.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die organischen Schichten zumindest teilweise aus kleinen Molekülen, zumindest teilweise aus Polymeren oder aus einer Kombination von kleinen Molekülen und Polymeren.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Bauelement zumindest in einem gewissen Lichtwellenlängenbereich semitransparent.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Bauelement auf ebenen, gekrümmten oder flexiblen Trägerflächen verwendet. Bevorzugt sind diese Trägerflächen Plastikfolien oder Metallfolien (z.B. Aluminium, Stahl), etc.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Bauelement als Tandemzelle realisiert. Bei Tandemzellen ist es wichtig, dass beide Teilzellen gleich viel absorbieren bzw. gleich viel Strom erzeugen. Falls nämlich die
Absorption in einer Teilzelle zu schmal ist, so erzeugt die betreffende Teilzelle nicht genügend Strom, und da in einer Tandemzelle der geringere Strom limitiert ist, so hat das gesamte Bauelement einen kleineren Wirkungsgrad. Das Problem bei einem organischen Absorber mit einer breiteren
Absorption ist allerdings, dass dann auch die Photolumineszenz weiter verschoben ist und der Stokes-Shift größer ist. Ein größerer Stokes-Shift bedeutet aber ein größerer Energieverlust im Material (aufgrund von Reorganisationsprozessen; die Lage der Photolumineszenz ist ein Gradmesser dafür, wie viel Energie im System vorhanden ist) . Dies bedeutet letztendlich, dass nur eine kleinere Leerlauf - Spannung mit Materialien mit einer breiteren Absorption erreichbar ist (bei gleicher maximaler Absorptions- wellenlänge) . Hiermit ergibt sich nun direkt ein Problem für Infrarot-Absorber : Aufgrund der geringen Bandlücke ist die erreichbare LeerlaufSpannung sowieso schon geringer. Damit jetzt aber die Teilzelle mit dem Infrarot-Absorbersystem genauso viel Strom erzeugt wie die andere Teilzelle, muss der Infrarot-Absorber ebenfalls eine breite Absorption besitzen, womit sich insgesamt eine sehr kleine Leerlaufspannung ergibt. Dies führt dazu, dass mit einem solchen System das Ziel von 10% Effizienz wenn überhaupt nur sehr schwierig erreichbar ist. In einer Ausführungsform der
Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, dass das
Absorbersystem aus einer Kombination besteht aus einem breit-absorbierenden Material (Material 1) , welches bei kürzeren Wellenlängen (bevorzugt VIS) absorbiert und damit eine größere LeerlaufSpannung liefern kann, und aus einem schmal-absorbierenden Material (Material 2) , welches bei längeren Wellenlängen (bevorzugt Infrarot) absorbiert, aber aufgrund des geringen Stokes-Shiftes ebenfalls die gleich große LeerlaufSpannung liefern kann wie das Material 1
(Fig.3) .
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Absorptions- breite von Absorbermaterial 2 20nm bis 250 nm schmaler als die Absorptionsbreite von Absorbermaterial 1, besonders bevorzugt 50nm bis lOOnm.
In einer Ausführungsform der Erfindung verfügt das zweite Absorbermaterial 2 über eine höhere bzw. sehr hohe
Absorption (Wert der optischen Dichte am Maximum) im
Vergleich zum ersten Absorbermaterial 1.
In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der bevorzugte Aufbau eines erfindungsgemäßen photoaktiven Bauelements eine Kombination aus einem breit-absorbierenden Absorbermaterial (Material 1) , welches bei kürzeren Wellen- längen (bevorzugt VIS) absorbiert und aus einem schmal - absorbierenden Absorbermaterial (Material 2) , welches bei längeren Wellenlängen (bevorzugt Infrarot) absorbiert. Hierbei können die Materialien 1 bzw. 2 als Einzelschichten bzw. als Mischschichten vorliegen bzw. beliebige Kombinationen vorhanden sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind beide Absorbermaterialien 1 und 2 entweder Donatoren oder Akzeptoren. Das Absorbersystem besteht aus mindestens drei Absorbermaterialien, wobei Absorbermaterial 3 ein Donator ist, für den Fall das Absorbermaterial 1 und 2 Akzeptoren sind bzw. Absorbermaterial 3 ein Akzeptor ist, falls Absorbermaterial 1 und 2 Donatoren sind. Das Absorbersystem eines erfindungsgemäßen photoaktiven Bauelements in der Realisierung als Einfachzelle kann eine der folgenden Aufbauten haben, worin ES=Einzelschicht und MS=Mischschicht bedeutet: ES Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3
ES Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3
MS Material 1 / ES Material 2
MS Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3
ES Material 3 / MS Material 1 / ES Material 2 MS Material 2 / ES Material 1
MS Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3
ES Material 3 / MS Material 2 / ES Material 1 MS Material 1 / MS Material 2
MS Material 1 / MS Material 2 / ES Material 3 MS Material 2 / MS Material 1 / ES Material 3
Dreiermischschicht aus Material 1, 2 und 3
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein erfindungs- gemäßes photoaktives Bauelement in der Realisierung als Tandem- oder Mehrfachzelle wie folgt realisiert: Die erste Teilzelle enthält eine Kombination aus einem breit-absorbierenden Material (Material 1) und aus einem schmal -absorbierenden Material (Material 2) , welches bei längeren Wellenlängen absorbiert als Material 1 und die zweite Teilzelle enthält eine Kombination aus einem breit-absorbierenden Material (Material 4) und aus einem schmal -absorbierenden Material (Material 5) , welches bei längeren Wellenlängen absorbiert als Material 4.
In einer Ausführungsform der Erfindung absorbieren Material 1 und 2 im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) und Material 4 und 5 im infraroten Bereich (IR) .
Die Tandemzelle absorbiert damit jeweils in beiden Teilzellen sowohl im VIS als auch im IR-Bereich und deckt damit wiederum wie in der klassischen Tandemstruktur einen breiten Bereich des Sonnenspektrums ab (bevorzugt von 400nm bis
900nm) und liefert damit einen großen Strom. Aufgrund des speziellen erfindungsgemäßen Aufbaus dieser Tandemzellen können aber beide Teilzellen eine große LeerlaufSpannung liefern und der Wirkungsgrad liegt damit höher im Vergleich zu einer Tandemzelle mit dem klassischen Aufbau.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind in einer
erfindungsgemäßen Tandemzelle beide Materialien 1 und 2 bzw. 4 und 5 jeweils entweder Donatoren oder Akzeptoren. Z.B.
kann das Absorbersystem 1 der Teilzelle 1 eine der folgenden Aufbauten haben (ES=Einzelschicht ; MS=Mischschicht ;
material) :
ES Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3 ES Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3 MS Material 1 / ES Material 2 MS Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3 ES Material 3 / MS Material 1 / ES Material 2
MS Material 2 / ES Material 1
MS Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3 ES Material 3 / MS Material 2 / ES Material 1 MS Material 1 / MS Material 2
MS Material 1 / MS Material 2 / ES Material 3 MS Material 2 / MS Material 1 / ES Material 3 Dreiermischschicht aus Material 1, 2 und 3
Und das Absorbersystem 2 der Teilzelle2 kann folgenden Aufbau haben:
ES Material 4 / ES Material 5 / ES Material 6
ES Material 5 / ES Material 4 / ES Material 6
MS Material 4 / ES Material 5
MS Material 4 / ES Material 5 / ES Material 6
ES Material 6 / MS Material 4 / ES Material 5 MS Material 5 / ES Material 4
MS Material 5 / ES Material 4 / ES Material 6
ES Material 6 / MS Material 5 / ES Material 4
MS Material 4 / MS Material 5
MS Material 4 / MS Material 5 / ES Material 6 MS Material 5 / MS Material 4 / ES Material 6 Dreiermischschicht aus Material 4, 5 und 6 In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Material 6 ein Donator, falls Material 4 und 5 Akzeptoren sind bzw. Material 6 ist ein Akzeptor, falls Material 4 und 5
Donatoren sind. In einer Ausführungsform der Erfindung können die Materialien 3 und 6 auch identisch sein. Auch können eine oder mehrere der Materialien 1,2,4 und 5 identisch sein.
Die Tandemzelle oder Mehrfachzelle aus mehr als zwei Teil- zellen kann dann eine beliebige Kombination aus den obigen Aufbauten der Teilzellen 1 und 2 sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Akzeptor ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw.
Fullerenderivate (C6o/ C70, etc.). In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Donator ein Material aus der Klasse der Phthalocyanine ,
Perylenderivate, TPD-Derivate, Oligothiophene oder ein
Material wie es in WO2006092134 beschrieben ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Akzeptor das Material Fulleren C60 und als Donator das Material 4P- TPD.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen die Kontakte aus Metall, einem leitfähigen Oxid, insbesondere ITO, ZnO:Al oder anderen TCOs oder einem leitfähigen
Polymer, insbesondere PED0T:PSS oder PA I .
In MehrfachmischschichtSystemen treten vermehrt Transport- Probleme für die Ladungsträger auf . Dieser Abtransport wird durch das eingebaute Feld der pin- Struktur deutlich erleich- tert. Weiterhin können die Mehrfachmischschichten innerhalb einer pin-Struktur mit dotierten wide-gap Transportschichten verschoben werden, um eine optimale Absorption zu erzielen. Hierfür kann es auch sehr vorteilhaft sein, die pin-Struktur in eine nip-Struktur zu verändern. Speziell wenn die
verschiedenen Materialien in den Mehrfachmischschichten in verschiedenen Wellenlängenbereichen absorbieren, können durch eine geeignete Wahl der Struktur (pin oder nip) bzw. eine geeignete Wahl der Schichtdicken der Transportschichten die verschiedenen Materialien jeweils an die optimale
Position hinsichtlich der Intensitätsverteilung des Lichtes innerhalb des Bauelementes positioniert werden. Speziell bei Tandemzellen ist diese Optimierung sehr wichtig um einen Ausgleich der Photoströme der Einzelzellen zu erreichen und somit einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht darin, dass zwischen der ersten elektronenleitenden Schicht (n-Schicht) und der auf dem Substrat befindlichen Elektrode noch eine p-dotierte Schicht vorhan- den ist, so dass es sich um eine pnip oder pni-Struktur handelt, wobei vorzugsweise die Dotierung so hoch gewählt ist, dass der direkte pn-Kontakt keine sperrende Wirkung hat, sondern es zu verlustarmer Rekombination, bevorzugt durch einen Tunnelprozess kommt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in dem Bauelement zwischen der photoaktiven i-Schicht und der auf dem Substrat befindlichen Elektrode noch eine p-dotierte Schicht vorhanden sein, so dass es sich um eine pip oder pi- Struktur handelt, wobei die zusätzliche p-dotierte Schicht eine Ferminiveaulage hat, die höchstens 0,4eV, bevorzugt aber weniger als 0,3eV unterhalb des Elektronentransport- niveaus der i-Schicht liegt, so dass es zu verlustarmer Elektronenextraktion aus der i-Schicht in diese p-Schicht kommen kann.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes besteht darin, dass noch ein n-Schichtsystem zwischen der p-dotierten Schicht und der Gegenelektrode vorhanden ist, so dass es sich um eine nipn oder ipn-Struktur handelt, wobei vorzugsweise die Dotierung so hoch gewählt ist, dass der direkte pn-Kontakt keine sperrende Wirkung hat, sondern es zu verlustarmer Rekombination, bevorzugt durch einen Tunnelprozess kommt . In einer weiteren Ausführungsform kann in dem Bauelement noch ein n-Schichtsystem zwischen der intrinsischen, photoaktiven Schicht und der Gegenelektrode vorhanden sein, so dass es sich um eine nin- oder in-Struktur handelt, wobei die zusätzliche n-dotierte Schicht eine Ferminiveaulage hat, die höchstens 0,4eV, bevorzugt aber weniger als 0,3eV oberhalb des Löchertransportnivaus der i-Schicht liegt, so dass es zu verlustarmer Löcherextraktion aus der i-Schicht in diese n-Schicht kommen kann.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bau- elementes besteht darin, dass das Bauelement ein n-
Schichtsystem und/oder ein p-Schichtsystem enthält, so dass es sich um eine pnipn, pnin, pipn- oder p-i-n-Struktur handelt, die sich in allen Fällen dadurch auszeichnen, dass - unabhängig vom Leitungstyp - die substratseitig an die photoaktive i-Schicht angrenzende Schicht eine geringere thermische Austrittsarbeit hat als die vom Substrat
abgewandte an die i-Schicht grenzende Schicht, so dass photogenerierte Elektronen bevorzugt zum Substrat hin abtransportiert werden, wenn keine externe Spannung an das Bauelement angelegt wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung der oben beschriebenen Strukturen sind diese als organische Tandemsolarzelle oder Mehrfachsolarzelle ausgeführt. So kann es sich bei dem Bauelement um eine Tandemzelle aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen handeln, bei der mehrere unabhängige Kombi - nationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinander gestapelt sind (Kreuzkombinationen) .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen Strukturen ist diese als eine pnipnipn- Tandemzelle ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform liegt das Akzeptor- Material in der Mischschicht zumindest teilweise in kristalliner Form vor.
In einer weiteren Ausführungsform liegt das Donator-Material in der Mischschicht zumindest teilweise in kristalliner Form vor.
In einer weiteren Ausführungsform liegen sowohl das
Akzeptor-Material als auch das Donator-Material in der
Mischschicht zumindest teilweise in kristalliner Form vor.
In einer weiteren Ausführungsform verfügt das Akzeptor- Material über ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich
> 450nm.
In einer weiteren Ausführungsform verfügt das Donator- Material über ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich
> 450nm. In einer weiteren Ausführungsform enthält das photoaktive i- Schichtsystem zusätzlich zu der genannten Mischschicht noch weitere photoaktive Einzel- oder Mischschichten.
In einer weiteren Ausführungsform besteht das n- Materialsystem aus einer oder mehreren Schichten. In einer weiteren Ausführungsform besteht das p- Materialsystem aus einer oder mehreren Schichten.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Donator-Material ein Oligomer, insbesondere ein Oligomer nach WO2006092134 , ein Porphyrin-Derivat, ein Pentacen-Derivat oder ein
Perylenderivat , wie DIP (Di- Indeno-Perylen) , DBP (Di-benzo- perylene) .
In einer weiteren Ausführungsform enthält das p- Materialsystem ein TPD-Derivat (Triphenylamin-Dimer) , eine Spiro-Verbindung, wie Spiropyrane, Spiroxazine, MeO-TPD (Ν,Ν,Ν' ,Ν' -Tetrakis (4-methoxyphenyl) -benzidin) , Di-NPB
(N, N' diphenyl-N, N '-bis (Ν,Ν' -di (1-naphthyl) -N, ' -diphenyl- (1, 1 ' -biphenyl) 4 , 4 ' -diamine) , MTDATA (4 , 4 · , 4■ ' -Tris- (N-3 - methylphenyl-N-phenyl-amino) - triphenylamin) , TNATA
(4 , 4 ' , 41 ' -Tris [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] - triphenylamin), BPAPF ( 9 , 9-bis { 4 - [di- (p- biphenyl) aminophenyl] } fluorene) , NPAPF ( 9 , 9-Bis [4 - (N, N ' -bis- naphthalen-2-yl-amino) phenyl] -9H-fluorene) , Spiro-TAD
(2,2· ,7,7' -Tetrakis- (diphenylamino) -9, 91 -spirobifluoren) , PV-TPD (N,N-di 4-2 , 2-diphenyl-ethen-l-yl-phenyl-N, -di 4- methylphenylphenylbenzidine) , 4P-TPD (4 , 4 ' -bis- (N, - diphenylamino) - tetraphenyl) , oder ein in DE102004014046 beschriebenes p-Material.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das n- Materialsystem Fullerene, wie beispielsweise C60, C70; NTCDA (1 , 4 , 5 , 8-Naphthalene- tetracarboxylic-dianhydride) , NTCDI (Naphthalenetetracarboxylic diimide) oder PTCDI (Perylen- 3 , 4 , 9 , 10-bis (dicarboximid) .
In einer weiteren Ausführungsform enthält das p- Materialsystem einen p-Dotanden, wobei dieser p-Dotand F4- TCNQ, ein p-Dotand wie in DE10338406, DE10347856,
DE10357044, DE102004010954 , DE102006053320 , DE102006054524 und DE102008051737 beschrieben oder ein Übergangsmetalloxid (VO, WO, MoO, etc.) ist.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das n- Materialsystem einen n-Dotanden, wobei dieser n-Dotand ein TTF-Derivat (Tetrathiafulvalen-Derivat) oder DTT-Derivat (Dithienothiophen) , ein n-Dotand wie in DE10338406,
DE10347856, DE10357044, DE102004010954 , DE102006053320 , DE102006054524 und DE102008051737 beschrieben oder Cs, Li oder Mg ist. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Elektrode transparent mit einer Transmission > 80% und die andere Elektrode reflektierend mit einer Reflektion > 50% ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauelement semi- transparent mit einer Transmission von 10-80% ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform bestehen die Elektroden aus einem Metall (z.B. AI, Ag, Au oder eine Kombination aus diesen) , einem leitfähigen Oxid, insbesondere ITO, ZnO:Al oder einem anderen TCO (Transparent Conductive Oxide) , einem leitfähigen Polymer, insbesondere PEDOT/PSS Poly(3,4- ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate) oder PANI
(Polyanilin) , oder aus einer Kombination aus diesen Materialien.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass das Bauelement auf einem periodisch mikrostrukturierten Substrat aufgebaut wird und die homogene Funktion des Bauelements, also eine kurzschlussfreie Kontak- tierung und homogene Verteilung des elektrischen Feldes über die gesamte Fläche, durch die Verwendung einer dotierten wide-gap-Schicht gewährleistet wird. Ultradünne Bauelemente weisen auf strukturierten Substraten eine erhöhten Gefahr zur Bildung lokaler Kurzschlüsse auf, so dass durch eine solche offensichtliche Inhomogenität letztlich die Funktio- nalität des gesamten Bauelements gefährdet ist. Diese Kurzschlussgefahr wird durch die Verwendung der dotierten Transportschichten verringert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass das Bauelement auf einem periodisch mikrostrukturierten Substrat aufgebaut wird und die homogene Funktion des Bauelementes, dessen kurzschluss- freie Kontaktierung und eine homogene Verteilung des elektrischen Feldes über die gesamte Fläche durch die Verwendung einer dotierten wide-gap-Schicht gewährleistet wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Licht die Absorberschicht mindestens zweimal durchläuft, was zu einer erhöhten Lichtabsorption und dadurch zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Solarzelle führen kann. Dies lässt sich beispiels- weise dadurch erreichen, dass das Substrat pyramidenartige Strukturen auf der Oberfläche aufweist mit Höhen (h) und Breiten (d) jeweils im Bereich von einem bis zu mehreren hundert Mikrometern. Höhe und Breite können gleich oder unterschiedlich gewählt werden. Ebenfalls können die
Pyramiden symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass eine dotierte wide-gap- Schicht eine glatte Grenzfläche zur i-Schicht und eine rauhe Grenzfläche zum reflektierenden Kontakt hat. Die rauhe
Grenzfläche kann beispielsweise durch eine periodische
Mikrostrukturierung erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist die rauhe Grenzfläche, wenn sie das Licht diffus
reflektiert, was zu einer Verlängerung des Lichtweges innerhalb der photoaktiven Schicht führt. In einer weiteren Ausführungsform wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass das Bauelement auf einem periodisch mikrostrukturierten Substrat aufgebaut wird und eine
dotierte wide-gap-Schicht eine glatte Grenzfläche zur i- Schicht und eine rauhe Grenzfläche zum reflektierenden
Kontakt hat .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Gesamtstruktur mit transparentem Grund- und Deckkontakt versehen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das photoaktive Bauelement, insbesondere eine organische Solarzelle, aus einer Elektrode und einer Gegenelektrode und zwischen den Elektroden wenigstens zwei organische photo- aktive Mischschichten, wobei die Mischschichten jeweils mindestens zwei Materialien umfassen und die beiden Hauptmaterialien jeweils einer Mischschicht zumindest ein
Absorbersystem bestehend aus einem Donator-Akzeptor-System aufweist, wobei die Absorptionsbreite des Absorbersystems mindestens 200nm bis 250nm breit ist. Das Absorbersystem enthält dabei zumindest zwei Absorbermaterialien (Material 1 und 2) , wobei Material 2 bei größeren Wellenlängen
absorbiert als Material 1 und Material 2 einen schmaleren Absorptionsbereich hat als Material 1. In einer weiteren Ausführungsform grenzen die beiden
Mischschichten direkt aneinander, wobei wenigstens eine der beiden Hauptmaterialien der einen Mischschicht ein anderes organisches Material ist als die beiden Hauptmaterialien einer anderen Mischschicht. In einer Weiterbildung der vorbeschriebenen Ausführungsform sind mehrere oder alle Hauptmaterialien der Mischschichten voneinander verschieden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um drei oder mehr Mischschichten, welche zwischen der Elektrode und Gegenelektrode angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zusätz- lieh zu den genannten Mischschichten noch weitere photoaktive Einzel- oder Mischschichten vorhanden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem MischschichtSystem und der einen Elektrode noch wenigs- tens eine weitere organische Schicht vorhanden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem MischschichtSystem und der Gegenelektrode noch wenigstens eine weitere organische Schicht vorhanden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere der weiteren organischen Schichten dotierte wide-gap Schichten, wobei das Maximum der Absorption bei < 450nm liegt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen mindestens zwei Hauptmaterialien der Mischschichten
verschiedene optische Absorptionsspektren auf .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Hauptmaterialien der Mischschichten verschiedene optische Absorptionsspektren auf, die sich gegenseitig ergänzen, um einen möglichst breiten Spektralbereich abzudecken. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Absorptionsbereich zumindest eines der Haupt- materialien der Mischschichten in den Infrarot-Bereich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Absorptionsbereich zumindest eines der Haupt- materialien der Mischschichten in den Infrarot-Bereich im Wellenlängenbereich von >700nm bis 1500nm.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die HOMO- und LUMO-Niveaus der Hauptmaterialien so angepasst, dass das System eine maximale LeerlaufSpannung, einen maximalen Kurzschlussstrom und einen maximalen Füllfaktor ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Gesamtstruktur mit transparentem Grund- und Deckkontakt versehen. In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungs- gemäßen photoaktiven Bauelemente auf gekrümmten Oberflächen, wie beispielsweise Beton, Dachziegeln, Ton, Autoglas, etc. verwendet. Dabei ist es vorteilhaft, dass die erfindungs- gemäßen organischen Solarzellen gegenüber herkömmlichen anorganischen Solarzellen auf flexiblen Trägern wie Folien, Textilen, etc. aufgebracht werden können.
In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungs- gemäßen photoaktiven Bauelemente auf eine Folie oder Textil aufgebracht, welche auf der, mit dem erfindungsgemäßen organischen Schichtsystem gegenüberliegenden Seite ein
Adhäsionsmittel, wie beispielsweise einen Klebstoff
aufweist. Dadurch ist es möglich eine Solarklebefolie herzustellen, welche nach Bedarf auf beliebigen Oberflächen angeordnet werden kann. So kann eine selbsthaftende Solar- zelle erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die erfindungsgemäßen photoaktiven Bauelemente ein anderes Adhäsionsmittel in Form einer Klettverschlussverbindung auf .
In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungs- gemäßen photoaktiven Bauelemente in Verbindung mit Energiepuffer bzw. Energiespeichermedium wie beispielsweise Akkus, Kondensatoren, etc. zum Anschluss an Verbraucher bzw. Geräte verwendet .
In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungs- gemäßen photoaktiven Bauelemente in Kombination mit Dünnfilmbatterien verwendet. In einer weiteren Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen photoaktiven Bauelemente auf eine Folie oder Textil aufgebracht, welche auf der, mit den erfindungsgemäßen organischen Schichtsystem gegenüberliegenden Seite ein
Adhäsionsmittel, wie beispielsweise einen Klebstoff aufweist. Dadurch ist es möglich eine Solarklebefolie herzustellen, welche nach Bedarf auf beliebigen Oberflächen angeordnet werden kann. So kann eine selbsthaftende Solarzelle erzeugt werden. In einer weiteren Ausführungsform weisen die erfindungsgemäßen organischen Solarzellen ein anderes Adhäsionsmittel in Form einer Klettverschlussverbindung auf .
Nachfolgend soll die Erfindung eingehender erläutert werden. Es zeigen in Fig.l eine schematische Darstellung der Verteilung der
Absorptionsspektren in den beiden Teilzellen einer Tandemzelle mit klassischem Aufbau nach dem Stand der Technik, in
Fig.2, eine schematische Darstellung der Verteilung der Absorptionsspektren in den beiden Teilzellen in einer erfindungsgemäßen Tandemzelle, wobei die Absorptionsbreiten der jeweiligen Absorbersysteme mindestens 200nm bis 250nm breit sind, in
Fig.3 eine beispielhafte schematische Darstellung eines möglichen Verlaufs der Absorptionsspektren von Material 1 und 2 in einer erfindungsgemäßen Einzelzelle, in
Fig.4 eine beispielhafte schematische Darstellung eines möglichen Verlaufs der Absorptions- und Photo- lumineszensspektren eines Materials 1 und eines Materials 2 in einer erfindungsgemäßen Einzelzelle, in Fig.5 eine beispielhafte schematische Darstellung eines möglichen Verlaufs der Absorptionsspektren von Material 1 und 2 in einer erfindungsgemäßen Einzelzelle, wobei das Material 2 über eine höhere bzw. sehr hohe Absorption (Wert der optischen Dichte am Maximum) im Vergleich zu Material 1 verfügt, in
Fig.6 eine beispielhafte schematische Darstellung der
Verteilung der Absorptionsspektren der vier Materialien in den beiden Teilzellen in einer erfindungsgemäßen Tandemzelle, in Fig.7 eine beispielhafte schematische Darstellung der Verteilung der Absorptionsspektren der vier Materialien in den beiden Teilzellen in einer erfindungsgemäßen Tandemzelle, wobei die Materialien 4 und 5 eine höhere Absorption als die Materialien 1 und 2 aufweisen, in Fig.8 eine weitere beispielhafte schematische Darstellung der Verteilung der Absorptionsspektren der vier Materialien in den beiden Teilzellen in einer erfindungsgemäßen Tandemzelle, in
Fig.9 eine weitere beispielhafte schematische Darstellung der Verteilung der Absorptionsspektren der vier Materialien in den beiden Teilzellen in einer erfindungsgemäßen Tandemzelle, wobei die die Materialien 2 und 5 eine höhere
Absorption als die Materialien 1 und 4 aufweisen, in
Fig.10 eine weitere beispielhafte schematische Darstellung der Verteilung der Absorptionsspektren der vier Materialien in den beiden Teilzellen in einer erfindungsgemäßen Tandemzelle, wobei die vier Materialien eine breiten Bereich des Sonnenspektrums abdecken, in
Fig.11 die schematische Darstellung einer Struktur eines beispielhaften photoaktiven Bauelements auf mikrostrukturiertem Substrat und in Fig.12 die schematische Darstellung einer Struktur eines beispielhaften photoaktiven Bauelements.
In einem ersten Ausführungsbeispiel sind zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Anordnung die Absorptions- und Photolumineszensspektren eines Materials 1 und eines Materials 2 in der Fig.4 dargestellt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel verfügt das Material 2 in der Fig.5 über eine höhere bzw. sehr hohe Absorption (Wert der optischen Dichte am Maximum) im Vergleich zu
Material 1.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet der Aufbau eines erfindungsgemäßen photoaktiven Bauelements eine
Kombination aus einem breit-absorbierenden Material 1, welches bei kürzeren Wellenlängen im sichtbaren Bereich absorbiert und aus einem schmal -absorbierenden Material 2, welches bei längeren Wellenlängen im Infrarot -Bereich absorbiert. Die Materialien 1 bzw. 2 liegen hierbei als Einzelschichten vor.
In einer Ausgestaltung des obigen Ausführungsbeispiels liegen die Materialien 1 und 2 als Mischschichten. Es können aber beliebige Kombinationen vorhanden sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind beide Materialien 1 und 2 Donatoren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die beiden
Materialien 1 und 2 Akzeptoren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Absorptions- breite von Material 2 20nm bis 150 nm schmaler als die
Absorptionsbreite von Materiall, besonders bevorzugt 50nm bis lOOnm. In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht das Absorber- System aus drei Materialien, wobei die Materialien 1 und 2 Akzeptoren sind und das Material 3 ein Donator ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht das Absorbersystem aus drei Materialien, wobei die Materialien 1 und 2 Donatoren sind und das Material 3 ein Akzeptor ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Absorbersystem des erfindungsgemäßen photoaktiven Bauelements in der Realisierung als Einfachzelle eine der folgenden Aufbauten auf, worin ES=Einzelschicht und MS=Mischschicht bedeutet: ES Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3
ES Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3
MS Material 1 / ES Material 2
MS Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3
ES Material 3 / MS Material 1 / ES Material 2 MS Material 2 / ES Material 1
MS Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3
ES Material 3 / MS Material 2 / ES Material 1
MS Material 1 / MS Material 2
MS Material 1 / MS Material 2 / ES Material 3 MS Material 2 / MS Material 1 / ES Material 3
Dreiermischschicht aus Material 1, 2 und 3
In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die erste Teilzelle eine Kombination aus einem breit-absorbierenden Material (Material 1) und aus einem schmal-absorbierenden Material (Material 2) , welches bei längeren Wellenlängen absorbiert als Material 1 und die zweite Teilzelle enthält eine Kombination aus einem breit-absorbierenden Material (Material 4) und aus einem schmal-absorbierenden Material (Material 5) , welches bei längeren Wellenlängen absorbiert als Material 4.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel in der Fig.6 absorbieren Material 1 und 2 im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) und Material 4 und 5 im infraroten Bereich (IR) . In einem weiteren Ausführungsbeispiel in der Fig.7 besitzen die Materialien 4 und 5 eine höhere Absorption als die
Materialien 1 und 2.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel in der Fig.8 absorbieren Material 1 und 4 im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) und Material 2 und 5 im infraroten Bereich (IR) , wobei die Absorptionsspektren der Materialien 1 und 4 sowie 2 und 5 überlappend verteilt sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel in der Fig.9 absorbieren Material 1 und 4 im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) und Material 2 und 5 im infraroten Bereich (IR) , wobei die Absorptionsspektren der Materialien 1 und 4 sowie 2 und 5 überlappend verteilt sind und die Materialien 4 und 5 eine höhere Absorption als die Materialien 1 und 2 besitzen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel in der Fig. 10 absor- bieren Material 1 und 4 im sichtbaren Wellenlängenbereich
(VIS) und Material 2 und 5 im infraroten Bereich (IR) , wobei die Materialien 2 und 5 eine höhere Absorption als die Materialien 1 und 4 besitzen und die Materialien 1 und 4 sowie 2 und 5 eine geringfügige Überlappung der Absorptionsbereiche zeigen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind in einer
erfindungsgemäßen Tandemzelle beide Materialien 1 und 2 bzw. 4 und 5 jeweils Donatoren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind in einer
erfindungsgemäßen Tandemzelle beide Materialien 1 und 2 bzw. 4 und 5 jeweils Akzeptoren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das erfindungs- gemäße organische Bauelement als Tandemzelle ausgeführt, wobei die jeweiligen Teilzellen ein Absorbersystem 1 für die erste Teilzelle und ein Absorbersystem 2 für die zweite
Teilzelle aufweisen. Das Absorbersystem 1 der Teilzelle 1 weist dabei einen der folgenden Aufbauten auf
(ES=Einzelschicht ; MS=Mischschicht ) :
ES Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3 ES Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3
MS Material 1 / ES Material 2
MS Material 1 / ES Material 2 / ES Material 3
ES Material 3 / MS Material 1 / ES Material 2
MS Material 2 / ES Material 1 MS Material 2 / ES Material 1 / ES Material 3
ES Material 3 / MS Material 2 / ES Material 1
MS Material 1 / MS Material 2
MS Material 1 / MS Material 2 / ES Material 3
MS Material 2 / MS Material 1 / ES Material 3 Dreiermischschicht aus Material 1, 2 und 3 Das Absorbersystem 2 der Teilzelle 2 weist einen der folgenden Aufbauten auf (ES=Einzelschicht ; MS=Mischschicht )
ES Material 4 / ES Material 5 / ES Material 6 ES Material 5 / ES Material 4 / ES Material 6
MS Material 4 / ES Material 5
MS Material 4 / ES Material 5 / ES Material 6
ES Material 6 / MS Material 4 / ES Material 5
MS Material 5 / ES Material 4 MS Material 5 / ES Material 4 / ES Material 6
ES Material 6 / MS Material 5 / ES Material 4
MS Material 4 / MS Material 5
MS Material 4 / MS Material 5 / ES Material 6
MS Material 5 / MS Material 4 / ES Material 6 Dreiermischschicht aus Material 4, 5 und 6
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Materialien 4 und 5 Akzeptoren und das Material 6 ist ein Donator.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Materialien 4 und 5 Donatoren und das Material 6 ist ein Akzeptor. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Materialien 3 und 6 identisch.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind eine oder mehrere der Materialien 1,2,4 und 5 identisch.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten in einer der Teilzellen als Akzeptor das Material Fulleren C60 und als Donator das Material 4P-TPD.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Fig.11 eine Lichtfalle zur Verlängerung des optischen Wegs des einfallenden Lichtes im aktiven System verwendet.
Dabei wird die Lichtfalle dadurch realisiert, dass das Bauelement auf einem periodisch mikrostrukturierten Substrat aufgebaut wird und die homogene Funktion des Bauelementes, dessen kurzschlussfreie Kontaktierung und eine homogene Verteilung des elektrischen Feldes über die gesamte Fläche durch die Verwendung einer dotierten wide-gap-Schicht gewährleistet wird. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Licht die Absorberschicht mindestens zweimal durchläuft, was zu einer erhöhten Lichtabsorption und dadurch zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Solarzelle führen kann. Dies lässt sich beispielsweise wie in Fig. 11 dadurch erreichen, dass das Substrat pyramidenartige Strukturen auf der Oberfläche aufweist mit Höhen (h) und Breiten (d) jeweils im Bereich von einem bis zu mehreren hundert Mikrometern. Höhe und Breite können gleich oder unterschiedlich gewählt werden. Ebenfalls können die Pyramiden symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut sein. Die Breite der pyramidenartigen Strukturen liegt hierbei zwischen Ιμιη und 200μπι. Die Höhe der pyramidenartigen Strukturen kann zwischen Ιμπι und 1mm liegen .
1.) Bezeichnung Fig. 11:
1μπ\ < d < 200μπι
Ιμπι < h < 1mm 11: Substrat 12: Elektrode; z.B. ITO oder Metall (10 - 200nm)
13: HTL oder ETL-Schichtsystem (10 - 200nm)
14: Absorbermischschicht 1 (10 - 200nm)
15: Absorbermischschicht 2 (10 - 200nm) 16: HTL oder ETL-Schichtsystem (10 - 200nm)
17: Elektrode; z.B. ITO oder Metall (10 - 200nm)
18: Weg des einfallenden Lichts
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das erfindungs - gemäße photoaktive Bauelement in Fig.12 folgende Schichtreihenfolge auf:
1. Glas-Substrat 1,
2. ITO Grundkontakt 2,
3. Elektronentransportschicht (ETL) 3,
4. Absorbermischschicht 1 (10 - 200nm) 4
5. Absorbermischschicht 2 (10 - 200nm) 5
6. Löchertransportschicht (HTL) 6,
7. Deckkontakt (z.B. Gold) 9.
Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Grundkontakt (Elektrode)
3 TransportschichtSystem (ETL bzw. HTL)
4 photoaktives Schichtsystem 1
5 photoaktives Schichtsystem 2
6 Transportschichtsystem (HTL bzw. ETL)
9 Deckkontakt (Elektrode)
11 Substrat
12 Elektrode
13 HTL oder ETL-Schichtsystem
14 Absorbermischschicht 1
15 Absorbermischschicht 2
16 HTL oder ETL-Schichtsystem
17 Elektrode
18 Weg des einfallenden Lichts

Claims

Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten Patentansprüche
1. Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten,
bestehend aus einer Einfach- , Tandem- oder Mehrfachzelle mit zwei Elektroden (2 , 9) und zwischen den
Elektroden (2,9) ein photoaktives Akzeptor-Donator- Schichtsystem (4) mit zumindest drei Absorbermaterialien 1 ,2 ,3 , wobei Absorbermaterial 1 und
Absorbermaterial 2 Donatoren und Absorbermaterial 3 ein Akzeptor sind oder wobei Absorbermaterial 1 und
Absorbermaterial 2 Akzeptoren und Absorbermaterial 3 ein Donator ist, dadurch gekennzeichnet, dass
(i) Das Absorbermaterial 2 bei größerer Wellenlänge absorbiert als das Absorbermaterial 1
(ii) Das Absorbermaterial 2 einen geringeren Stokes-
Shift und/oder eine geringere Absorptionsbreite als das Absorbermaterial 1 aufweist.
2. Photoaktives Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Absorbermaterialen des photoaktiven Akzeptor-Donator-Schichtsystems (4) zumindest teilweise in einer Mischschicht vorhanden sind.
3. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Absorptionsbereich zumindest eines der Absorbermaterialien in den Infrarot-Bereich im Wellenlängenbereich von >700nm bis 1500nm erstreckt.
4. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Transportschichten (3,6) undotierte, teilweise dotierte oder ganz dotierte Schichten sind.
5. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Transportschichten (3,6) undotierte, teilweise dotierte oder ganz dotierte wide-gap Schichten mit einem Maximum der Absorption bei < 450nm sind.
6. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten des Schichtsystems des Bauelements als eine den optischen Weg des einfallenden Lichts verlängernde Lichtfalle ausgebildet sind.
7. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Absorbermaterialien des photoaktiven Akzeptor- Donator-Schichtsystems (4) ein Material aus der Klasse der Fullerene bzw. Fullerenderivate, Phthalocyanine, Perylenderivate , TPD-Derivate oder Oligothiophen- Derivate ist.
8. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die HOMO- Lagen des einen der zumindest zwei Absorbermaterialien, welche als Donatoren oder Akzeptoren im photoaktiven Akzeptor-Donator-Schichtsystem (4) ausgebildet sind, um maximal 0,2eV vom anderen Absorbermaterial unterscheiden,, bevorzugt um maximal 0,leV.
9. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen besteht, bei der zwei oder mehrere unabhängige
Kombinationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinander gestapelt sind.
10. Photoaktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement zumindest in einem gewissen Lichtwellenlängenbereich semitransparent ist.
11. Verwendung eines photoaktiven Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 auf ebenen, gekrümmten oder flexiblen Trägerflächen.
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