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Die Bestimmung der Zustände innerhalb der Bandkante von Polymer/Fulleren Solarzellen (P3HT/PCBM) ist für die Erforschung der zu Grunde liegenden Prozesse der Absorption, Exzitonentrennung und des Ladungsträgertransports von großer Bedeutung. Insbesondere Trap-Zustände und Chargetransfer-Übergänge geben einen tieferen Einblick. Um die typischerweise sehr kleine Absorption unterhalb der Bandkante untersuchen zu können, wurde die photothermische Ablenkungsspektroskopie in Verbindung mit ellipsometrischen Messungen an der TU Ilmenau etabliert. Zusätzlich lieferten noch hoch auflösende EQE-Messungen Anhaltspunkte über die Zustände, welche Zustände in der Bandlücke zum Photostrom beitragen. Nach Grundlegenden Messungen der Mischschichten aus P3HT und PCBM wurde die Absorption in der Bandlücke mittels verschiedener Additive gezielt variiert und ausgewertet.

Durch den steigenden Energiehunger der Menschheit und die fortschreitende Verbreitung von mobilen elektrischen Anwendungen steht die Polymere Solarzelle seit einigen Jahren im Interesse der Forschung. Sie verspricht gegenüber der anorganischen Solarzelle Vorteile bei Gewicht, Dicke, Kombination mit flexiblen Substraten und deutlich geringe Herstellungskosten. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der systematisch variierten Seitenkettensubstitution an der der Hauptkette eines PPE(Poly(Phenylen-Ethinylen))-PPV(Poly(Phenylen-Vinylen) -Copolymers. Es konnte gezeigt werden, dass die Seitenkettensubstitution von konjugierten Polymeren einen großen Einfluss auf ihre strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften hat. So führten lineare Seitenketten an der Anthracen-haltigen Phenylen-Vinylen-Gruppe zu einer größeren Ordnung der sekundären und tertiären Polymerstruktur im Vergleich zu verzweigten Seitenketten. Diese Ordnung konnte mit Hilfe von Röntgenstrukturanalyse an Polymerpuvler und des Absorptionsspektrums sowie der Oberflächenmorphologie von Polymerfilmen nachgewiesen werden, und hatte gleichzeitig auch einen deutlichen Einfluss auf die photovoltaischen Eigenschaften. So wurde in dieser Arbeit klar dargestellt, dass diese Ordnung zu größeren Photoströmen und Füllfaktoren führt. Das von Dr. Daniel Egbe neue Konzept eines statistisch substituierten Polymers führte interessanterweise unter allen betrachteten Polymeren dieser Familie zur Ausbildung der höchsten Kristallinität. Mit diesem Polymer konnte eine Solarzelle mit 3.8% Wirkungsgrad realisiert werden, was nach derzeitigem Kenntnisstand die bisher höchste Effizienz einer PPV-basierten Polymer-Solarzelle darstellt. Zusätzlich zum Einfluss der Seitenketten auf die Morphologie bzw. Ordnung der Polymere, konnte ein Zusammenhang zwischen der Seitenkettenlänge und der erreichten offenen Klemmenspannung in einer bulk-heterojunction Solarzelle erneut verifiziert werden. Die erzielte Photospannung verhielt sich anti-proportional zu der Seitenkettenlänge am PPE-PPV-Copolymer. Somit konnten im Rahmen dieser Arbeit verschiedene eindeutige Struktur-Eigenschafts-Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur der Polymere - hier insbesondere der Struktur der Seitenketten - und der optischen, strukturellen und morphologischen Eigenschaften von photoaktiven Schichten in Solarzellen nachgewiesen werden. Diese Erkenntnisse können in Zukunft für die noch gezieltere synthetische Einstellung von Polymereigenschaften von weiterentwickelten Polymeren für die Anwendung in Solarzellen genutzt werden

Transparent leitfähige Oxide finden vor allem in der Optoelektronik vermehrt Anwendung und verbreiten sich spätestens seit der Entwicklung von LCD-Flachbildschirmen weltweit. Dabei wird heutzutage aufgrund der exzellenten elektrischen Eigenschaften vor allem zinndotiertes Indiumoxid (ITO) eingesetzt. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit des Metalls Indium wird jedoch seit einiger Zeit an aluminiumdotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) als Alternativmaterial geforscht. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde dotiertes Zinkoxid mit Hilfe eines reaktiven Sputterprozesses in einer Rolle-zu-Rolle Laborbeschichtungsanlage am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden auf PET-Folie abgeschieden. Dabei wurden zwei Themenkomplexe bearbeitet: Zunächst wurde die Schichtabscheidung von ZnO:Al vor allem hinsichtlich Sauerstofffluss, Druck, Leistung und Schichtdicke optimiert, wobei die optischen und elektronischen Eigenschaften im Fokus der Betrachtungen standen. Es konnte unter anderem nachgewiesen werden, dass vor allem bezüglich des Sauerstoffflusses nur ein sehr enges Prozessfenster zu Verfügung steht. In einem zweiten Versuchskomplex wurde das System zusätzlich mit Indium codotiert, um eine weitere Verbesserung der elektronischen Eigenschaften zu erreichen. Dabei wurde ein Rückgang der Streuung an den Korngrenzen mit steigendem Indiumgehalt festgestellt, jedoch ergab sich keine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit um eine gesamte Größenordnung, wie es nach Kirby und van Dover (Thin Solid Films 517, 1958 (2009)) zu erwarten war. Insgesamt wurden durch ein anwendungsnahes Rolle-zu-Rolle-Verfahren Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 2,8 x 10-3 Ohm cm und einer Transparenz von 80,2 % abgeschieden. Diese Schichteigenschaften sind mit bereits veröffentlichten Werten aus stationären Laborbeschichtungen vergleichbar und verdeutlichen das Potenzial von ZnO:Al auf polymeren Substraten.

Die vorliegende Diplomarbeit ist in zwei wesentliche Aufgaben unterteilt. Die erste Aufgabe besteht darin das Konzept eines Detektors für Wellenlängenveränderung, erfunden von PARC (Palo Alto Research Center in Kalifornien/USA), auf den nahen Infrarot Bereich bei 1550nm anzupassen und einen Laboraufbau zu realisieren. Im zweiten Teil wird die Entwicklung eines speziellen Prototyps beschrieben, welcher eine Wellenlängenauflösung kleiner eines Picometers über einen Wellenlängenbereich von 5nm hat. Für den Laboraufbau werden zu erst drei verschiedene handelsübliche linear ortsabhängige Transmissionsfilter charakterisiert und gegenübergestellt, wobei ein Filter für die späteren Messungen selektiert wird. Zur Simulation des Detektors ist ein Programm in Matlab 6.5 programmiert worden, welches den Einfluss der geometrischen Parameter des Detektors auf seine Funktionsweise verständlich macht. Darüber hinaus wird das Programm für die Optimierung des Filters zur Anpassung an den speziellen Wellenlängenbereich des Prototyps genutzt. Das Simulationsprogramm wird mit verschiedenen Umsetzungen des Detektors im Laboraufbau validiert. Für die eigentliche Messung von Wellenlängenänderungen wird ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgelesen, wobei eine Änderung von ˜30fm messbar ist. Zur Entwicklung des Prototyps ist ein spezieller Filter nach der Optimierung des Simulationsprogramms angefertigt worden. Die Auswahl aller weiteren Komponenten und die gegenseitige Anordnung sowie Justierung für die Herstellung wird beschrieben. Zuletzt wird der Prototyp charakterisiert und mit den gewünschten Spezifikationen verglichen, welche realisiert werden.

Diese Diplomarbeit wurde bei der Schott Solar AG, Alzenau angefertigt. Das Ziel der Arbeit war es, einen Carrier-Density-Imaging (CDI) Messplatz aufzubauen und über eine temperaturabhängige Lebensdauermessung die Energieniveautiefen von Defekten zu bestimmen. Für diese Messungen wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals ein CDI Messplatz pixelweise kalibriert, was eine wesentliche Vereinfachung und eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich zur bisher in der Literatur vorgeschlagenen Kalibrierung nach J. Isenberg bedeutet. Vor allem bei wechselnden Umgebungsbedingungen kann somit schnell eine neue Kalibrierung durchgeführt werden. Auch wurde gezeigt werden, dass das CDI Messwerte liefert, welche vergleichbar mit den Werten der MWPCD sind. Der Unterschied liegt vor allem in der Messzeit und in der Ortsauflösung. Mit dem CDI, das vergleichbare Ortsauflösungen wie das MWPCD von etwa 50æm liefert, sind erheblich kürzeren Messzeiten möglich. Des Weiteren wird in der Arbeit dargestellt, dass die temperaturabhängigen Lebensdauern durch Defekte in bestimmten Temperaturbereichen exponentiell beeinflusst werden. Effekte, die zur Bildung der typischen temperaturabhängigen Lebensdauerkurve führen, werden erläutert und theoretisch hergeleitet. Mittels einer verfeinerten SRH-Theorie konnte in dieser Arbeit schließlich über den Anstieg im Arrheniusplot die Energieniveautiefe des vorhandenen Defektes bestimmt werden. Hierzu wurde eine Linearisierung nach Ling und Cheng durchgeführt. Die so ermittelten Energieniveautiefen der Eisenverunreinigung stimmen gut mit den angegebenen Werten aus der Literatur (0,39 eV) überein. Ein Problem der durchgeführten Messungen ist, das über Einzelmessungen nur Angaben über die Energieniveautiefe getroffen werden können, nicht jedoch über die Position des Defektniveaus in der oberen oder unteren Bandlückenhälfte. Auch kann keine Aussage über eine Konzentration von Defekten vorgenommen werden. Somit lässt sich nur zeigen, dass ein Defekt vorhanden ist, dies jedoch schon bei geringsten Konzentrationen, was eine solche Messung sehr wirkungsvoll macht. Man muss allerdings bedenken, dass nur der dominierende Defekt gemessen werden kann.