Zeitschrift für Physikalische Chemie und Biophysik
Offener Zugang
ISSN: 2161-0398
ISSN: 2161-0398
Tsegaye Tadesse
Der Photovoltaikeffekt ist die Entstehung einer Spannung zwischen Elektroden, die an ein festes oder flüssiges System angeschlossen sind, wenn Licht auf dieses System gerichtet wird. Konjugiertes Polymer ist eine molekulare Einheit, deren Struktur als System aus abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen dargestellt wird, die zu ihren Halbleitereigenschaften führen. Konjugierte Polymere werden für Photovoltaikgeräte verwendet, weil sie bei Photoanregung mit sichtbarem Licht intrinsisch stabil sind, einen hohen Absorptionsquerschnitt für die Photonengewinnung haben, eine abstimmbare Bandlücke im gesamten sichtbaren Spektralbereich und eine hohe Ladungsausbeute, wenn sie mit Elektronenakzeptormaterialien gemischt werden. Die wichtigen physikalischen Prozesse im Energieumwandlungsprozess, die in Polymeren für Photovoltaikzellen stattfinden, sind: Absorption eines Lichtphotons durch photoaktives Material und Erzeugung von Exzitonen, Diffusion von Exzitonen in konjugierten Polymeren, Dissoziation von Ladungsträgern (Elektron-Loch-Paar) an der Donor-Akzeptor-Grenzfläche in freie Ladungsträger, Transport freier Ladungsträger zu den Elektroden und Extraktion der Ladungsträger an den jeweiligen Elektrodengrenzflächen. Die Effizienz der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie durch eine Solarzelle hängt von der Bandlücke des lichtabsorbierenden Halbleiters ab. Die Bandlücke (Eg) ist der Energieunterschied zwischen HOMO und LUMO und damit die maximale Energiemenge, die für eine Anregung erforderlich ist, oder die Energiedifferenz zwischen den Rändern des Leitungsbands und des Valenzbands. Die Effizienz der Energieumwandlung ist eine Funktion der Bandlücke. Für Gerätearchitekturen von konjugierten polymerbasierten Photovoltaikzellen gibt es drei Typen: einschichtige Photovoltaikzelle, zweischichtige Heteroübergangs-Photovoltaikzelle und Bulk-Heteroübergangs-Photovoltaikzelle.