Organische Solarzellen. Energie der Zukunft

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  • 174 | 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 174 189

    Energie der Zukunft

    Organische SolarzellenDIETER WHRLE | OLAF R. HILD

    mit Hilfe von Photovoltaikanlagen in elektrische Energie, diedirekt eingesetzt oder umgewandelt bzw. gespeichert wer-den kann.

    In Deutschland ist der prozentuale Anteil erneuerbarerEnergien am Primrenergieverbrauch von 1,9 % 1995 auf7,1 % im Jahr 2008 gestiegen Der Anteil an elektrischerEnergie aus Photovoltaikanlagen, der gegenwrtig zumeistauf Siliciumsolarzellen bzw. modulen basiert, ist zurzeitnoch gering, obwohl mit heutigen Photovoltaikanlagen jenach geographischer Lage, Dachausrichtung und -neigungbis zu 150 kWh pro m2 und Jahr in Deutschland geerntetwerden knnen. Fr die Stromerzeugung mit anorganischenSolarzellen erwartet man in Deutschland bereits zwischen2013 und 2015 gleich hohe Herstellungskosten wie bei kon-ventionell erzeugtem Strom [1a].

    Um die Herstellungskosten von Solarzellen zu senken,wird an der Weiterentwicklung anorganischer Solarzellenebenso gearbeitet (hhere Wirkungsgrade, verbesserte Fer-tigungstechnologien, Dnnschichttechnologien) wie an derEntwicklung preiswerterer organischer Solarzellen. Dabeizeichnen sich im Bereich der Zellen mit organischen Ver-bindungen als aktive Komponenten zwei Alternativen ab,die in diesem Artikel eingehender besprochen werden: Pho-tosensibilisierungszellen und Feststoff-Solarzellen organi-scher Halbleiter. Die Markteinfhrung steht in den kom-menden Jahren bevor, und es wird erwartet, dass 2015 einUmsatz von ca. 900 Mill. US$ erreicht wird (Abbildung 1).

    Zunchst soll kurz auf die Photosynthese als wich-tigsten und fr alles Leben notwendigen Prozess in der Na-tur zur Nutzung von Solarenergie hingewiesen werden, dermit organischen Moleklen auf molekularer Ebene arbeitet.Daran schlieen sich Farbstoffsensibilisierungs-Solar-zellen an, die auch auf molekularer Ebene arbeiten. DieFunktionsweise anorganischer Feststoff-Solarzellenwird kurz behandelt, um die organischen Feststoff-Solar-zellen besser zu verstehen und einen Vergleich zu haben.Damit gewinnen wir einen umfassenden Einblick in solareEnergieumwandlungssysteme unter besonderer Berck-sichtigung aktueller Entwicklungen.

    Photosynthese als Modellfall fr die Umwandlung von Solarenergie

    In der oxygenen Photosynthese, die in der Thylakoidmem-bran der Chloroplasten der Pflanzen abluft, werden unterAufnahme der Energie der sichtbaren Solarstrahlung in Re-aktionen, die Licht bentigen (Lichtreaktionen) und nach-

    Unter den erneuerbaren Energien kommt der Nutzung derSolarenergie ber Photovoltaische Solarzellen eine besondereBedeutung zu. Daher wird neben der Verbesserung der be-whrten anorganischen Solarzellen auch an der Entwicklungvon preiswerteren Solarzellen gearbeitet, die organische Ma-terialien als aktive Verbindungen fr die Energieumwandlungverwenden.

    An einigen Fakten zur Energieversorgung kommen wirnicht vorbei: Die Weltbevlkerung von derzeit 6,75 Mil-liarden wird bis 2030 wohl auf ber 8 Milliarden steigen.Zudem ist besonders in den Entwicklungs- und Schwellen-lndern mit einer berproportionalen Verbesserung des Le-bensstandards zu rechnen. Damit verbunden ist ein starkerAnstieg des Weltenergiebedarfs an Primrenergie von zurzeit1,07 1014 kWh pro Jahr um ca. 50 % auf etwa 1,6 1014 kWhim Jahr 2030. Die natrlichen Ressourcen an fossilen Roh-stoffen und Erzen fr nukleare Brennstoffe sind jedoch be-grenzt. Neben Energieeinsparung und rationeller Verwen-dung bietet sich die zunehmende Nutzung erneuerbarerund auch umweltfreundlicher Energiequellen an, die unsdie Natur zur Verfgung stellt.

    Bedarf an preiswerten SolarzellenDie jhrliche solare Einstrahlung auf der Erdoberflche ber-steigt mit 1,5 1018 kWh/Jahr (davon 1,07 1018 kWh Licht-energieeintrag) statistisch gesehen den Weltprimrenergie-verbrauch um das 15.000-fache. Eine Mglichkeit zur Nut-zung dieser Energie ist die Umwandlung solarer Strahlung

    DOI: 10.1002/ciuz.201000516

    Flexible orga-nische Feststoff-Solarzelle

  • O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    folgenden Reaktionen, die auch ohne Licht ablaufen (Dun-kelreaktionen, Calvin-Zyclus), letztendlich die energiearmenVerbindungen CO2 und H2O in die energiereichen Produk-te O2 und Glucose umgewandelt [2,3]. Auch bei photovol-taischen Solarzellen stehen zunchst Prozesse unter Licht-einstrahlung im Vordergrund, denen sich dann Nutzung,Umwandlung oder Speicherung in Dunkelprozessen an-schlieen. Es sollen nur die Lichtreaktionen der Photo-synthese skizziert werden.

    In den durch Photonen induzierten Lichtreaktionen er-folgt die Umwandlung des Sonnenlichtes in chemischeEnergie (Gleichung 1). Dabei reagieren Wasser, NADP+,ADP und Phosphat als energiearme Verbindungen zu O2,NADPH, ATP als energiereiche Produkte, und es werdenProtonen frei.

    2H2O + 2NADP+ + 3ADP3 + 3HPO42 + 8h O2 + 2NADPH + 3ATP4 + 3H2O (1)

    NADP+/NADPH: oxidierte und reduzierte Form von Nicotina-midadenindinucleotidphosphat, ATP/ADP: Adenosintri- bzw.diphosphat, HPO42: Phosphat; die entstehenden 3H2O ent-stammen der Bildung von 3ATP4 aus 3ADP3 + 3HPO42

    Im Photosyntheseapparat (Abbildung 2) existieren zweiPhotosysteme, in denen alle Prozesse auf molekularer Ebe-ne ablaufen: Photosysteme I und II (PS I, PS II) als Tandemin Reihe geschaltet (siehe Tandemzellen bei organische Fest-stoff-Solarzellen). Diese enthalten dimere Chlorophyll-a-Molekle als aktive Verbindung, und mit jeweils einem Pho-ton werden durch sichtbares Licht induzierte Anregungenvorgenommen. Chlorophylle in PS I, PS II haben durchunterschiedliche Anordnung und Umgebung etwas ver-schiedene Eigenschaften, z.B. absorbieren die Chlorophyllein PS I bei Wellenlnge 700 nm (P700 genannt) und inPS II bei 680 nm (P680 genannt). Nach Gleichung 1 wer-den fr die Bildung von einem Molekl O2 aus 2 H2O ins-gesamt 8 Photonen bentigt: 1 Photon im P700 des PS I, 1Photon im P680 des PS II; Ablauf dieser Anregungen vier-mal, um 4 Elektronen bei der Wasseroxidation zu entziehen(2H2O O2 + 4H+ + 4e). Unter solarer Einstrahlung kn-nen aber nicht alle Photonen absorbiert werden. Daher sindPS I und PS II in Lichtsammlerkomplexen (Antennensyste-me), die aus einer Vielzahl von im sichtbaren Bereich ab-sorbierenden Chlorophyll- und Carotinoid-Moleklen be-stehen, eingebettet. Wichtig ist, dass durch Kombinationder verschiedenen Verbindungen mehr Licht absorbiertwerden kann: z.B. Absorptionen bei 680, 400 nm vomChlorophyll und bei 450, 490 nm vom Carotin (Abbil-dung 3). Diese Molekle gehen nach Absorption eines Pho-tons vom HOMO des Grundzustands in das LUMO des an-geregten Singulett-Zustands ber. Die Anregungsenergiewird dann im Piko- bis Femtosekundenbereich (10121015 s)auf die dimeren Chlorophyll Molekle in PS I und PS II ber-tragen, um hier auch eine Anregung vom Grundzustand inden angeregten Singulett-Zustand vorzunehmen.

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    PH OTOVO LTA I K-T EC H N O LO G I E N I M B E R B L I C K |1. Generation: Silicium-Zellen

    Mono- und polykristallines Silicium

    2. Generation: Dnnschicht-Zellenamorphes oder micromorphes SiCadmiumtellurid CdTeKupfer-Indium-(Gallium)-Selen (CIS/CIGS)

    3. Generation: Organische ZellenFarbstoffsensibilisierungs-Solarzellenorganische Feststoff-Solarzellen

    Entwicklung des Markts von organischen Solarzellen A: Farbstoffsensibilisierungs-Solarzellen. B: Organische Feststoff-Solarzellen [Quelle: Report von NanoMarkets am9.3.2009].

    A B B . 1| D E R M A R K T

    Schematische Darstellung des Ablaufs in einigen Reaktionszentren der Photo-synthese.

    A B B . 2| PH OTOS Y N T H E S E

  • 176 | 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chiuz.de Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 174 189

    In Abbildung 2 sind die nun folgenden komplexen Pro-zesse, die vielfach im Pikosekundenbereich ablaufen, ent-sprechend der Energieskala der Spannungsreihe normiertgegenber der Normalwasserstoffelektrode (NHE) aufge-tragen. Wichtig ist, dass die Reaktionszentren in die Mem-bran anisotrop eingebaut sind, um Elektronen fr die Re-duktion und Lcher fr die Oxidation rumlich schnell aus-einander zu fhren und Rckreaktionen zu vermeiden.

    Zunchst zum PS II: Nach Anregung von P680 entstehtim angeregten Zustand des LUMO (P680*) ein starkes Re-duktionsmittel mit E 0(P680+)/P680*)= 0,75 V gegen NHE.Ein Elektron des P680* wird nun unter Oxidation zu P680+

    zu Akzeptoren und dann zum oxidierten P700+ im PSI wei-tergereicht. Was passiert weiter mit dem oxidierten P680+?Dies ist im Grundzustand mit E 0(P680+/P680) = +1,2 V ge-gen NHE ein sehr starkes Oxidationsmittel. Die Lcherwerden ber Zwischenschritte in einem vierkernigen Man-gankomplex gesammelt, der zwei H2O-Moleklen vier Elek-tronen entzieht und zu O2 oxidiert:

    2H2O O2 + 4H+ + 4e, E0 = +0,81 V gegen NHE

    Dann weiter zum PS I: Nach Anregung von P700E0(P700+/P700*) = 1,2 V gegen NHE liegt auch ein sehrstarkes Reduktionsmittel vor. Das wird ausgenutzt, um berAkzeptoren schlielich zwei Elektronen im NADP+ unter Be-teiligung von H+ und Bildung vom energiereichen NADPHzu speichern:

    NADP+ + H+ + 2e NADPH, E 0= 0,33 V gegen NHE

    NADPH geht jetzt in die Dunkelreaktionen (Calvin-Cyclus) ein. Das oxidierte P700+ bernimmt, wie beim PSIIerwhnt, ein Elektron durch die Oxidation von P680* unterBildung von P700 und P680+.

    Wie auch in Photovoltazellen ist wichtig, welche Ener-gie durch die Lichtreaktionen der Photosynthese zur Ver-fgung steht. Die in NADPH und O2 gespeicherte Energie

    von insgesamt 1,14 V (siehe bei PS I, PS II) ist nur etwaskleiner als die theoretische Zersetzungsspannung von 2H2O O2 + 2H2 mit E = 1,23 V. Man spricht auch von einerbiologischen Knallgaskette.

    Der Wirkungsgrad der Energienutzung der Photosyn-these von Pflanzenbestnden wird blicherweise als Quo-tient aus der durch die jhrliche Nettoproduktion gespei-cherten Energie (aus Licht- und Dunkelreaktionen) zur pho-tosynthetisch verwertbaren Strahlungssumme definiert [2].Danach ergeben sich im Durchschnitt ber die Vegetati-onsperiode je nach Pflanzen und deren Standorten Wir-kungsgrade etwa 2 bis 0,2 %. Da die Photosynthese gro-flchig arbeitet, lsst sich die Nettoprimrproduktion einesJahres auf den Landflchen mit etwa 120 x 1012 kg und inden Meeren mit etwa 55 x 1012 kg abschtzen.

    Der Vergleich mit knstlichen Solarzellen ist nicht ein-fach, da der Wirkungsgrad der Photosynthese die Dunkel-reaktionen mit bercksichtigt, whrend bei den Photovol-tazellen sich die Werte lediglich auf die Gewinnung elek-trischer Energie beziehen. Trotzdem kann man sagen, dassknstliche Photovoltazellen effizienter sein knnen, wie inden folgenden Abschnitten ausgefhrt wird. Die Photosyn-these hat aber den entscheidenden Vorteil, dass sie gro-flchig arbeitet und den Photosyntheseapparat selbstrege-nerativ aufbaut. Knstliche Photovoltazellen sind nichtselbstregenerativ und mssen daher ber viele Jahre stabilsein.

    Farbstoffsensibilisierungs-SolarzellenDiese Zellen sind ein gutes Beispiel dafr, wie man aus preis-werten Materialien Solarzellen mit recht hohen Wirkungs-graden herstellen kann. 1991 wurde von M. Grtzel eineFarbstoffsensibilisierung-Solarzelle (dye-sensitized solar cell,DSSC), vorgestellt, die unter Einstrahlung von sichtbaremLicht einen Wirkungsgrad von 8 % erreichte [4]. Heutewerden in derartigen Zellen Wirkungsgrade bis 11 % ge-messen [57] und sind von unabhngigen Institutionen zer-tifiziert [8].

    Aufbau und FunktionsweiseDie Zellen bestehen aus fnf Bausteinen (Abbildung 4; Vor-schriften fr die Herstellung von Demonstrationsobjektensiehe www.camse.org/scienceonthemove/documents/DSSC_manual.pdf, www.solideas.com/solarcell/german.html undin [3a] Versuch 35):1. Ein kommerzielles elektrisch leitfhiges Fluor-dotiertes

    SnO2 (s. Glossar; FTO, Widerstand etwa 10 cm1) aufeinem inerten Glastrger (Dicke 1 mm), das als leitf-higes Substrat dient.

    2. Nanokristallines Titandioxid (TiO2) als elektrisch aktiverHalbleiterfilm (Dicke 1025 m) auf dem FTO. Das TiO2ist farblos und absorbiert erst im UV-Bereich.

    3. Ein sichtbares Licht absorbierender Farbstoff, der mo-lekular als Photosensibilisator (PS; s. Glossar) arbeitetund auf dem TiO2 gebunden ist. TiO2 bildet zusammenmit dem Photosensibilisator die Photoanode.

    Geglttetes Absorptions-spektrum einesBuchenblattes.

    A B B . 3| B U C H E N B L AT T

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    O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    4. Ein mit einem sehr dnnen Platin-Film berzogenesGlassubstrat, das die photo-inerte Gegenelektrode (Ka-thode) darstellt.

    5. Ein flssiger Redoxelektrolyt, der ein Redoxpaar ent-hlt (Redoxmediator). Dieser besteht aus dem Redox-paar I3/3I in einem Lsungsmittel wie Acetontril, Pro-pylencarbonat, -Butyrolacton und weitere die Aktivittder Zelle frdernde Zustze.

    Die Bildung eines Photostroms wird durch folgende Pro-zesse erreicht (Abbildung 4). Nach Absorption eines Pho-tons (aus der solaren Einstrahlung) geht der Photosensi-bilisator PS* (Prozess 1) analog wie bei der Anregung inder Photosynthese in den angeregten Singulett-Zustandber (Gleichung 2). Fr den nun folgenden Prozess desElektronentransfers (Prozess 2) ist die energetische Lagedes Leitungsbandes (LB) des TiO2 (bei 0,5 V vs. NHE) ge-genber dem LUMO des PS entscheidend. Das LUMO desPS muss energetisch hher liegen als das LB des TiO2, d.h.das TiO2 ist der Akzeptor. Dann kann im Piko- bis Femto-sekundenbereich (1012 1015 s) ein Elektronentransfer vomPS* unter dessen Oxidation zu PS+ und Sammlung von Elek-tronen im TiO2 erfolgen (Gleichung 3). Beim Anschluss ei-nes Verbrauchers flieen nun die Elektronen aus dem TiO2ber das FTO zur Gegenelektrode (Kathode) ab und redu-zieren dort I3 zu 3I (Prozess 3, Gleichung 4). Das I wan-dert in Lsung zur Photoanode, wo bei geeigneter Lage derRedoxpotenziale (E0(I3/3I) negativer als (PS+/PS)) deroxidierte Photosensibilisator wieder in den ungeladenenGrundzustand berfhrt wird (Gleichung 5). Damit ist derZyklus komplett und kann erneut ablaufen. UnerwnschteNebenreaktionen, die allerdings nur im Millisekunden-bereich (103 s) ablaufen, sind Elektrontransfer vom LB desTiO2 zu PS+ (Prozess 4, Gleichung 6) oder I3 und derenReduktionen (Prozess 5).

    PS(auf TiO2) + h PS*(auf TiO2) (2)

    PS*(auf TiO2) PS+(auf TiO2) + eLB(TiO2) (3)

    I3 + 2e 3I (4)

    2PS+(auf TiO2) + 3I 2PS(auf TiO2) + I3 (5)

    PS+(auf TiO2) + e(TiO2) PS(auf TiO2) (6)

    Damit sind aber nicht alle Voraussetzungen genannt, um ei-nen guten Wirkungsgrad zu erreichen, denn die einzelnenaktiven Komponenten mssen gut aufeinander abgestimmtwerden.(a) Photosensibilisator: An den PS werden besondere An-

    forderungen geknpft. Fr gute Lichtabsorption mussder PS ber einen mglichst groen Wellenlngenbe-reich mit hohem Extinktionskoeffizienten absorbierenund, wie schon erwhnt, die geeignete Lage der Redox-potenziale aufweisen. Weiter ist eine gute Wechselwir-kung mit dem Halbleiter zum schellen Elektronen-transfer entscheidend. Geeignet sind PS mit Carboxyl-oder auch Phosphorsuregruppen, also anionischeSubstituenten. Fr COOH-Gruppen wurde Esterbil-dung mit den OH Gruppen des TiO2 nachgewiesen.Weiterhin sollen sterisch hindernde Gruppen im PS des-sen Aggregation verhindern. Besonders bekannt ge-worden sind Ru-Pyridin-Komplexe wie N3 und BlackDye (Abbildung 5) [5,6]. Die Thiocyanat-Gruppen er-geben eine zustzliche Wechselwirkung mit TiO2. Auchorganische Farbstoffe werden zunehmend untersucht,die nach dem Konzept Donor-(-System)-Akzeptor auf-gebaut sind [7]. Ein Beispiel ist der Indolin-FarbstoffD205.

    Aufbau und Funk-tion einer Farb-stoffsensibilisie-rungs-Solarzelle.

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    (b) Titandioxid: Dieses Material ist preiswert, chemischinert und ungiftig. Es wird im groen Mengen u.a. alsweies Pigment, in Zahnpasta und Kosmetika verwen-det. Wichtig in Farbstoffsensibilisierungs-Solarzellen isteine groe Oberflche und Porositt des TiO2, um mg-lichst viele Photosensibilisator-Molekle auf der Ober-flche zu fixieren und damit den Lichtsammeleffekt zuerreichen. Zunchst wird nanokristallines TiO2 einerTeilchengre von nur etwa 20 nm durch saure Hydro-lyse von Ti(IV)-isopropoxid hergestellt (Sol-Gel-Verfah-ren) [6]. Dies wird dann durch Aufsprhen der wssri-gen Suspension auf FTO aufgebracht und bei etwa450 oC getrocknet und gesintert. Die Dicke der Schichtmit 20 nm groen TiO2-Teilchen betrgt 1520 m.Vorteilhaft ist das weitere Aufbringen einer etwa 5 mdicken Schicht kolloidaler 400 nm groer TiO2-Teilchen.Durch Lichtstreuung an diesen Teilchen wird eine bes-sere Verteilung des eingestrahlten Lichtes erreicht.

    (c) Beladung des TiO2 mit dem Photosensibilisator: Zur Be-ladung des Halbleiters wird der PS, eventuell mit wei-teren Zustzen, in einem organischen Lsungsmittel ge-lst (Konzentrationen etwa 104 molar). Dann wird die

    TiO2-Elektrode fr etwa einen Tag in die Lsung einge-taucht, um eine Beladung von etwa 107 mol PS promg TiO2 (1,3 107 mol bezogen auf eine TiO2 Einheit,d.h. etwa jedes hunderdste Ti trgt ein PS-Molekl) zuerreichen. Eine groe Beladung ist wie bei den An-tennensystemen der Photosynthese notwendig, umviel Licht zu absorbieren.

    (d) Gegenelektrode und Redoxelektrolyt: Der Vorteil von Ptist, dass keine merkbare kinetische Hemmung zur Re-duktion von I3 auftritt. Zurzeit werden andere preis-wertere Elektrodenmaterialien wie Kohleschwarz oderGraphen (2-dimensionaler Graphit) untersucht. DerRedoxelektrolyt enthlt noch weitere Zustze, um eineVerbesserung der Wechselwirkungen mit der TiO2/PS-Photoanode zu erreichen. Die Verwendung andererRedoxelektrolyte fr I3/I hat bisher nicht zum Erfolggefhrt.

    Effektivitt der ZellenDurch welche Qualittsparameter werden die Zellen cha-rakterisiert? Hier sind zunchst IPCE-Werte zu nennen, diedurch Photostrom-Aktions-Spektren erhalten werden (siehe

    Beispiele fr Ru-Komplexe undeines Indolin-Farbstoffes zurVerwendung alsPhotosensibilisa-toren.

    Photo- Absorptionsmaximum/nm IPCE/% im JSC/ VOC/V FF /%sensibilisator (Extinktionskoeffizient/ Absorptions- mA cm2

    L mol1 cm1) maximum

    N3 534 (14200) 83 18,2 0,72 0,73 10

    Black Dye 605 ( 7500) 80 20,9 0,74 0,72 11,1

    Indolin D205 554 (75000) 79 18,6 0,72 0,72 9,5

    TA B . 1 | A B S O R P T I O N S S PE K T R E N U N D PH OTOVO LTA I S C H E DAT E N E I N I G E RFA R B S TO F F S E N S I B I L I S I E R U N G S - S O L A R Z E L L E N*

    * Lichtintensitt 100 mW cm2

    A B B . 5| PH OTOS E N S I B I L I SATO R E N

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    O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    Glossar). Abbildung 6 vergleicht die Photostrom-Aktions-Spektren von N3 und Black dye mit dem von TiO2. Zu-nchst fllt auf, dass das TiO2 keinen wesentlichen Beitragliefert. Die beiden PS ergeben hohe IPCE-Werte von 7080 %, wobei Black dye bis etwa 900 nm einen Beitrag zumPhotostrom liefert, also ein einziger Farbstoff einen ber-raschend breiten Absorptionsbereich aufweist. Weitere zubestimmende Werte unter Belichtung z.B. unter AM1,5-Bedingungen (Bestrahlungsstrke 100 mW cm2; s. Glossar)sind die Leerlaufphotospannung VOC, der Kurzschlussphoto-stromdichte JSC und der Fllfaktor FF. Abbildung 7 zeigt eineStromdichte-Spannungs-Kurve unter Belichtung. Darauslsst sich unter Bercksichtigung der Bestrahlungsstrke Enach der im Glossar aufgefhrten Gleichung der Wir-kungsgrad berechnen (Solarenergie zu Stromumwand-lung). Welche Werte werden erreicht? In der Tabelle 1 sindeinige Daten aufgefhrt: JSC 18 mA cm2, VOC 0,75 V,FF 0.75, 11,2 % (zur Zertifizierung s. [8]). VOC wird inetwa durch die Differenz der Lage des Leitungsbandes desTiO2 und des Redoxpotenzials von I3/3I bestimmt.

    Fr die Lebensdauer einer Zelle mit einem Ru-Komplexals PS wurden 108 Zyklen berechnet, was einem Gebraucheines Bauelementes von etwa 20 Jahren entspricht. Dasklingt sehr hoffnungsvoll, wenn man bercksichtigt, dassrecht preiswerte Materialien eingesetzt werden und die Her-stellung Routine werden kann. Daher interessieren sich Fir-men fr die Vermarktung der Zellen. Dafr sind aber nocherhebliche Schwierigkeiten zu berwinden.

    Zum einen machen die erwhnten leicht flchtigen L-sungsmittel, welche den Vorteil eines schnellen und damiteffizienten Transports von I3/I aufweisen, Schwierigkeiten,da sie leicht verdampfen. Die Zellen mssen daher verkap-selt werden. Mit der Zeit werden diese Verkapselungen hu-fig brchig und der Elektrolyt entweicht langsam. Daherwird an quasi-Feststoffelektrolyten wie ionischen Flssig-keiten oder festen Lochleitern gearbeitet [5]. Durch lang-sameren Ionentransport in diesen Elektrolyten sinken dieWirkungsgrade etwa um 30 bis 40 %.

    Ein weiteres Problem ist die Vergrerung der Zellen.Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Arbeiten mit den inder Tabelle 1 angegeben Werten beziehen sich auf Zellenmit aktiven Flchen von unter 1 cm2. Durch die Vergre-rung der aktiven Flchen auf ber 100 cm2 sinken die Wir-kungsgrade ebenfalls um 30 bis 40 % [5], liegen aber immernoch ber denen der Photosynthese. Die Ursachen fr die-se Verluste sind vielfltig: Defekte in Substraten, Schicht-fehler, Kontaktprobleme, Spannungsabfall durch unzurei-chende Leitfhigkeit der Anode, um die wichtigsten zu nen-nen. Hier ist also noch viel Entwicklungsarbeit zu leisten.Abbildung 8 zeigt ein Beispiel einer derartigen Solarzelle.

    Die molekulare Anregung und anschlieende schnel-le Trennung der Elektronen und Lcher ist mit der Pho-tosynthese vergleichbar. In der Photosynthese liegt durchzweimalige Anregung im PSI und PSII ein Potenzial von1,14 V (entsprechend dem Energieinhalt der gebildetenProdukte) vor. In den Farbstoffsensibilisierungs-Solarzel-

    Stro

    m /m

    A c

    m-2

    20

    15

    10

    5

    00 200 400 600 800

    Spannung /V

    VOC = 0,846 V

    ISC = 17,73 mA cm-2

    FF = 0,745

    Wirkungsgrad = 11,18%

    Photostrom-Pho-tospannungs-Kurve einer Farb-stoffsensibilisie-rungs-Solarzellemit dem Photo-sensibilisatorN3 bei Ein-strahlung unterAM1,5-Bedingun-gen.

    Wellenlnge /nm

    IPC

    E /%

    TiO2

    Black Dye

    N3

    80

    60

    40

    20

    0400 600 800 1000

    Photostrom-Akti-ons-Spektren derPhotosensibilisa-toren N3 undBlack Dye aufTiO2 im Vergleichzum unbeladenenTiO2 bei Einstrah-lung unterAM1,5-Bedingun-gen. Aufgetragensind die IPCEWerte (in %;siehe Glossar) ge-gen die Wellen-lnge des einge-strahlten Lichtes.

    A B B . 6| PH OTOS T RO M - A K T I O N S - S PE K T R E N

    A B B . 7| S T RO M - S PA N N U N G S - KU RV E

    Abb. 8 AmFraunhofer Insti-tut fr Solare-Energiesysteme(ISE) (Freiburg)gefertigtes Modulvon Farbstoff-sensibilisierungs-Solarzellen.

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    len sind es in der einmaligen Elektronenanregung nur0,70,8 V.Durch einfache Reihenschaltung von Zellen lsstsich aber die Spannung beliebig erhhen.

    Anorganische SolarzellenZum Verstndnis der organischen Feststoff-Solarzellen wirdkurz auf anorganische Photovoltazellen am Beispiel desHalbleiters Silicium eingegangen [3a,9]. Der anorganischeHalbleiter Silicium hat die Elektronenkonfiguration 1s2 2s2

    2p6 3s2 3p2. Im Festkrper des Si ergeben 1s-, 2s- und 2p-Orbitale auf das jeweilige Atom lokalisierte Energiezustn-de. Dagegen bilden die 3s- und 3p-Elektronen als sp3-Hybridtetraedrische Verknpfungen der Si-Atome analog einer Dia-mantstrukur und fhren vereinfacht ausgedrckt zu einerenergetischen Verschmelzung der Atome zur Ausbildungvon Energiebndern (Bndermodell), die den ganzen Fest-krper durchziehen und die nicht lokalisiert sind! Analogdem HOMO von Moleklen ist dieses im Grundzustand dasmit Elektronen besetzte Valenzband (VB). Ebenfalls analogdem LUMO von Moleklen gibt es ein Energieband, das Lei-tungsband (LB), was im Grundzustand unbesetzt ist. DerBandabstand zwischen den Bndern Eg betrgt 1,1 eV ent-sprechend =1130 nm, d.h. das blulich-graue Silicium hatden Vorteil, dass es im breiten Absorptionsbereich vom in-fraroten bis in den sichtbaren Bereich absorbiert. Allerdingsist der Absorptionskoeffizient nicht sehr gro und nimmtmit zunehmender Wellenlnge stark ab.

    Dagegen absorbieren die farbigen Verbindungen inder Photosynthese und auch bei den Farbstoffsensibili-sierungs-Solarzellen und organischen Feststoff-Solarzellenbei bestimmten Wellenlngen.

    Durch Einstrahlung von Licht der Wellenlnge 1,1 eV ( < 1130 nm)absorbiert. Elektronen gehen vom VB in das LB, was zur Bil-dung von Elektronen-Loch-Paaren fhrt. Besonders die inder Raumladungszone gebildeten Paare, auch Wannier-Mott-Exziton genannt, knnen schnell getrennt werden. Die Elek-tronen flieen in dem gut leitfhigen Si zu dem fr sie nied-rigeren Energieniveau d.h. zum n-Leiter und die Lcher formal zu dem fr sie niedrigeren Energieniveau zum p-Leiter ab. Es resultiert eine Photospannung, wobei der n-Lei-ter zur Kathode und der p-Leiter zur Anode wird. Schlietman jetzt einen Verbraucher an, resultiert analog zu denPhotosensibilisierungszellen (Abbildung 7) ein Photostrom.Die bei einer kristallinen p/n-Si-Solarzelle erhaltenen Datenim Labor sind z.B. bei einer Bestrahlung unter AM1,5 wiefolgt (s. Glossar): Leerlaufphotospannung VOC = 0,703 V,

    A B

    Links: Schematische Darstellung der Energielagen in einem dotierten p- und n-Lei-ter. Rechts: p- und n-Leiter nach Kontakt und dann unter Belichtung mit Abflieender Elektronen und Lcher.

    A B B . 9| p - U N D n - H A L B L E I T E R

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    O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    Kurzschlussphotostromdichte JSC = 40,6 mA cm2, Fllfak-tor FF = 0,779 und der daraus errechnete Wirkungsgrad = 22,3 %. In der Praxis liegen die Wirkungsgrade der Pho-tovoltazellen von Si bei 1218 % (zur Zertifizierung s. [8]).

    Im Unterschied zu den Farbstoffsensibilisierungs-So-larzellen und der Photosynthese, die mit molekularer An-regung arbeiten, liegen bei den anorganischen Festkr-persolarzellen den ganzen Festkrper durchziehendeEnergiebnder vor, in denen nach Dotierung unter Be-lichtung Elektronen und Lcher getrennt werden knnen.Die Wirkungsgrade der ber Jahre bestndigen Zellen lie-gen teilweise erheblich ber denen der Photosynthese undauch der Farbstoffsensibilisierungs-Solarzellen.

    Organische Feststoff-SolarzellenDen Weg fr die organische Photovoltaik ebnete C.W. Tangmit seinem 1986 erschienen Artikel Two-layer organic pho-tovoltaic cell [10]. Basierend auf dieser Grundlagenarbeitfolgten besonders ab dem Jahr 2000 zahlreiche Publikatio-nen, die sich mit organischen Halbleitern fr die Photovol-taik beschftigten [11a18]. Dabei unterscheiden sich dieArbeiten in der Aufbringung der organischen Molekle, dieentweder durch Aufdampfen kleiner organischer Molekleoder durch Abscheidung aus Lsungen (zumeist Polymere)erfolgen kann.

    Die Feststoff-Solarzellen haben einen hnlichen Schicht-aufbau wie die organischen Leuchtdioden (OLED) [19]. Ein-gebettet zwischen Ladungstransportschichten befinden sichdie aktiven Schichten. Bei OLEDs werden Molekle ver-wendet, die nach Anlegen einer Spannung Licht emittierenknnen, also phosphoreszierende oder fluoreszierende Ver-bindungen. Schichten effizienter organischer Solarzellenenthalten eine Vielzahl von Verbindungen wie Absorber,Donoren, Akzeptoren, Lochleiter, Elektronenleiter wobeieine Verbindung auch verschiedene Funktionen berneh-men kann (Abbildung 10).

    Durch den sehr unterschiedlichen Festkrperaufbau derorganischen im Vergleich zu den anorganischen Materia-lien ergeben sich recht groe Unterschiede in vielen De-tailpunkten. Daher ist es notwenig, zunchst den Festkr-peraufbau, die Leitfhigkeit, den Effekt der Dotierung unddie Bildung von Exzitonen bei organischen Materialien zubeschreiben.

    Festkrperaufbau und Leitfhigkeit organischer Halbleiter

    Bei niedermolekularen organischen Halbleitern existierenzwischen den einzelnen Moleklen nur schwache Wech-selwirkungen; man spricht von van-der-Waals-gebundenenFestkrpern. Beim Zink-Phthalocyanin (ZnPc) z.B. ist die

    Lochtransportmaterialien

    Niedermolekularer n-Leiter, Elektronentransportmaterial

    und Absorber

    Niedermolekulare p-Leiterund Absorber

    Polymere p-Leiterund Absorber

    N N

    H3CO

    H3CO OCH 3

    OCH 3

    N

    N

    N N

    N N

    N

    N

    Zn S

    S S

    S

    SN

    NN

    N

    N N

    PCBMC 60 P3HT

    ZnPcDCV5T

    S**

    n

    NiedermolekularerDonor

    NiedermolekularerAkzeptor

    F

    FF

    F

    NC CN

    CNNC

    S S

    S S

    F 4TCNQ

    TTNMeOTPD

    p-NPB

    **

    n

    NS

    N

    SS

    R R

    PCPDTBT

    NiedermolekularerAkzeptor und Absorber

    O

    O Me

    Eine Auswahlwichtiger nieder-molekularer undpolymerer p- undn-Leiter, Akzepto-ren, Donoren undTransportmateria-lien.

    A B B . 1 0| V E R B I N D U N G E N I N O RG A N I S C H E N F E S T S TO F F- S O L A R Z E L L E N

  • 182 | 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chiuz.de Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 174 189

    Delokalisation der -Elektronen auf das aromatische Mole-kl beschrnkt. Der Abstand zwischen den Moleklen be-trgt zwischen 0,34 und 0,38 nm. Dagegen ist der Abstandder kovalent verknpften Si-Si im Diamantgitter mit 0,23 nmdeutlich krzer, und die Delokalisation der Elektronen er-streckt sich ber den ganzen Festkrper.

    Der Vergleich der Absorptionsspektren von ZnPc in derGasphase, in Lsung und im Festkrper zeigt Absorptionenum = 600700 und 300400 nm (Abbildung 11). Im Fest-krper bleibt die molekulare Identitt weitgehend erhalten,

    und die Banden sind durch schwache Wechselwirkungennur etwas verbreitert. Organische Halbleiter wie Phthalo-cyanine weisen daher eine schlechte Leitfhigkeit von

  • Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 174 189 www.chiuz.de 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim | 183

    O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    Bildung und Diffusion von ExzitonenWerden farbige organische Materialien sichtbarem Licht aus-gesetzt, knnen nur die Anteile elektromagnetischer Strah-lung genutzt werden, deren Energie mindestens so gro istwie der energetische Abstand zwischen dem HOMO unddem LUMO. Fr die Lichtabsorption in Solarzellen sind al-so Materialien erforderlich, deren energetische Bandlckeund auch Orbitalstruktur gut mit dem Sonnenspektrum har-monieren.

    Bei der Lichtabsorption organischer Halbleiter geht wieauch bei den Photosensibilisatoren der Photosynthese oderden Farbstoffsensibilisierungs-Solarzellen ein Elektron vomHOMO in das LUMO unter Bildung des angeregten Singu-lett-Zustandes ber. Der langwelligste bergang von 710 nmbeim ZnPc entspricht 1,75 eV. Um bei organischen Halb-leitern mehr Licht zu absorbieren, ist es notwendig, Mate-rialien mit unterschiedlichen Absorptionsbereichen zu kom-binieren. Dagegen betrgt beim Si der Bandabstand Eg =1,1 eV entsprechend 1130 nm, und Si absorbiert vom IR bisin den sichtbaren Bereich.

    Der Anregungszustand organischer Halbleiter wird alsExziton bezeichnet, ein elektrisch neutrales Quasiteilchen,welches einen gebundenen Zustand von Elektron (imLUMO) und Loch (im HOMO) reprsentiert. Sind das Elek-tron und das Loch in einem Molekl lokalisiert, spricht manvon einem Frenkel-Exziton.

    Zwischen dem Elektron und dem Loch in einem Fren-kel-Exziton wirkt eine elektrostatische Kraft, die etwa eineZehnerpotenz grer ist als beim Wannier-Mott-Exziton an-organischer Halbleiter. Fr einen photovoltaischen Effekt istes notwendig, das Elektron vom Loch zu trennen, d.h. ei-nen Elektronen- oder Lochakzeptor zu erreichen, bevor esrelaxiert und die aufgenommene Energie wieder abgibt.Die Raumladungszone, in der die Trennung erfolgt, ist mit30 nm im Vergleich zu Si-Solarzellen mit 10 m klein. Wei-terhin ist das Exziton ortsfest, und es kommt zunchst nurein Transportmechanismus in Betracht: die Diffusion ber

    das Hopping. Dabei hpft das Exziton von Molekl zu Mole-kl. Entscheidend ist die Exzitonendiffusionslnge, die vonder Exzitonenlebensdauer und -beweglichkeit bestimmtwird. Die Exzitonendiffusionslnge ist material- und mor-phologieabhngig und z.B. bei Phthalocyaninen etwa 10nmund bei C60 etwa 40 nm. Dieses limitiert die Schichtdickender Solarzelle, da an den Grenzflchen zwischen Elektro-nenakzeptor und Elektronendonor das Elektronen-Loch-Paardes Exzitons getrennt wird. Ist die Grenzflche weiter ent-fernt als die Exzitonendiffusionslnge, kann das Exziton

    Substrat

    AnodeSolarzellen Schichtstapel

    Kathode

    Verschaltung fr organische Solarzellen zu Modulen. Oben:Strukturierte Anodenebene aus ITO (Streifen von 1 bis 2 cmBreite und anlagenabhngiger Lnge). Mitte: Abscheidungder organischen Materialien strukturiert durch Schatten-masken. Unten: Abscheidung der Kathode strukturiert durchSchattenmasken erfolgt so, dass sich die Kathode der einenZelle mit der Anode einer anderen zur Herstellung einergewnschten Spannung berlappen.

    Zellennr. und Einordnung Zellkonfiguration IPCE JSC/ VOC/V FF /%mA cm2

    1: p-n-Zelle ITO-PTCDI-ZnPc-Au 30 3,53 0,41 0,30 0,43

    2: p-i-n-Zelle ZnPc:C60 Einfach (Abb. 14) 6,8 0,49 0,51 1,7

    3: p-i-n-Zelle DCV5T:C60 Einfach 52 6,66 1,0 0,51 3,4

    4: p-i-n/p-i-n-Zelle ZnPc:C60-ZnPc:C60 Tandem (Abb.15) 4,6 0,99 0,54 2,3

    5: p-i-n/p-i-n transparente Zelle ZnPc:C60-ZnPc:C60 Tandem (Abb.16) 3,5 0,92 0,54 1,8

    6: Multilayer mit dotierten Schichten Tandem, Materialien unbekannt, zertifiziert, Heliatek 5,6 1,6 0,65 6,1

    7: p-i-n-metal cluster-p-i-n CuPc:C60-Ag-CuPc:C60 Tandem 60 9,7 1,05 0,59 5,7

    8: Polymer-Aufdampf-Zelle P3HT:PCBM (unten)/ZnPc:C60 (darber) Tandem 67 4,8 1,02 0,45 2,3

    9: Polymer-Zelle PCPDTBT:PCBM(unten)/P3HT:PCBM (darber) Tandem 7,8 1,24 0,67 6,5

    10: Polymer-Zelle Materialien unbekannt, zertifiziert, Konarka 14,92 0,58 0,61 5,2

    Die Werte sind aus [10b] (Zelle 1), [16,17] (Zellen 24, 79), [8] (Zelle 10) und Pressemitteilung Heliatek 31.8.09 (Zelle 6).

    TA B . 2 | PH OTOVO LTA I S C H E DAT E N O RG A N I S C H E R F E S T S TO F F- S O L A R Z E L L E N U N T E R S C H I E D L I C H E R A RC H I T E K T U R *

    Exzitonen werdendurch Lichtanregunggeneriert; unter Be-lichtung wird dannPhotoleitfhigkeitgemessen, die sehreffektiv sein kann. So wird dass Titanyl-phthalocyanin(TiOPc) im starkenelektrischen Feld derelektrophotographi-schen Schichten vonLaserdruckern heutefast ausschlielichals Photoleiterverwendet [21].

    * Lichtintensitt 100 mW cm2

    A B B . 1 3| S O L A R M O D U L E

  • 184 | 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.chiuz.de Chem. Unserer Zeit, 2010, 44, 174 189

    nicht mehr zur Stromerzeugung genutzt werden. Sobalddas Exziton in Loch und Elektron aufgetrennt wurde, ms-sen die Ladungen weitertransportiert werden. Der La-dungstransport erfolgt durch das elektrische Feld, welchesausgebildet wird, sobald der uere Stromkreis geschlos-sen wird.

    Allgemeiner Aufbau der ZellenVoraussetzung fr den Ladungstransport ist die Wahl ge-eigneter Elektrodenmaterialien hinsichtlich ihrer Elektro-nenaustrittsarbeiten e. Weiterhin muss zumindest eineElektrode transparent sein. Fr die Anode wird hufig trans-parentes ITO (s. Glossar) verwendet, dessen e bei unge-fhr 4,7 eV liegt. Als Kathodenmaterial wurden aufgrundihrer niedrigen Austrittsarbeit hufig die Luft- und Wasser-empfindlichen Metalle Magnesium oder Calcium genutzt.Durch Dotierungen von Transportschichten ist auch dieVerwendung von Aluminium (e = 4,2 eV) oder Silbermglich.

    Typisch ist ITO auf einem Glastrger. Mit ITO auf licht-stabilisiertem Polyethylenterephthalat (PET) lassen sichauch flexible Solarzellen herstellen. Auf dem ITO erfolgt

    die Abscheidung der organischen Materialien. Abgeschlos-sen wird die Zelle durch das Abscheiden des Kathodenme-talls. Damit ergibt sich die generelle Zellkonfiguration: ITO-organische Materialien-Metall. Abbildung 13 zeigt, wie ein-zelne Zellen zu Modulen verschaltet werden knnen.

    Zellen mit niedermolekularen und auch polymerenMaterialien bedienen sich eines sogenannten Hetero-ber-gangs und werden im internationalen Sprachgebrauchdaher hufig auch als Hetero-Junction Cells bezeichnet.Whrend die kleinen Molekle schichtweise abgeschiedenwerden, bestehen Polymerzellen hufig aus interpenetrie-renden Netzwerken eines p- und eines n-Halbleiters. Beidiesen Zellen wird hufig von Bulk-Hetero-Junction Cellsgesprochen, da es hier einen p/n-bergang im Volumengibt. Im Folgenden werden nun beide Varianten behandeltund aktuelle Materialien und Entwicklungen vorgestellt.

    Solarzellen aus niedermolekularenorganischen Halbleitern

    Wird von organischen Solarzellen auf Basis kleiner Mole-kle (Small Molecules, SM) gesprochen, sind damit imVakuum verdampfbare Materialien gemeint [11a15]. Die

    (links) Aufbau (A) und Energieschema (B) einer p-i-n-Zelle (Zelle 2 in Tab. 2). Fr die Anode und Kathode sind die Elektronen-austrittsarbeiten e und fr die organischen Schichten die HOMO/LUMO-Energien aufgefhrt. Die Dotierung fhrt nicht zueiner Vernderung der Energiewerte, wohl aber zur Zunahme der Ladungstrgerkonzentration. Wird nun ein Photon im ZnPcabsorbiert, bildet sich ein Exziton, welches zur Grenzflche ZnPc:C60 diffundieren muss, damit das Elektron-Loch-Paar getrenntwird. Das Elektron gibt dann Energie ab, da es vom LUMO des ZnPc in das LUMO des C60 bergeht und von dort weiter zurKathode wandert. Das auf dem ZnPc zurckbleibende Loch wird von einem Elektron aus dem HOMO der Lchertransport-schicht neutralisiert. Die positive Ladung wird dann durch ein Elektron aus der Anode ausgeglichen.(rechts) Aufbau (A) und Energieschema (B) einer p-i-n-Tandem-Zelle (Zelle 4 in Tab.2). (zur Beschreibung des Energieschemassiehe Abb. 14).

    A B B . 1 4 U N D 1 5| p - i - n - Z E L L E N

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    O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    Herstellung der Solarzellen erfolgt durch Aufdampfen aufITO im Vakuum (107 105 mbar) bei Temperaturen jenach organischem Material von 100 500 oC und Auf-dampfgeschwindigkeiten von 0,01 5 nm s1.

    Typische Aufdampfanlagen enthalten mehrere Tiegel-quellen zum Aufdampfen der verschiedenen organischenMaterialien auf das vorstrukturierte ITO Substrat. Die Struk-turierung der organischen Schichten und der Kathode er-folgt durch Schattenmasken.

    Die Reinheit der organischen Materialien ist aus mehr-fachen Grnden wichtig. Verunreinigungen knnen La-dungen einfangen (Traps), Exzitonen deaktivieren, die Mor-phologie beeinflussen und zur Degradation des Bauele-mentes beitragen. Durch mehrfache Zonensublimation kn-nen Verunreinigungen zuverlssig abgetrennt werden. Heu-tige Sublimatoren knnen durchaus 100 g Rohmaterial rei-nigen. Die Morphologie der Schichten lsst sich durchAufdampfgeschwindigkeit und Substrattemperatur beein-flussen. Bei niedrigen Aufdampfgeschwindigkeiten zeigendie Schichten eher kristallines Verhalten. Auch hhere Sub-strattemperaturen fhren zu mehr kristallinen Strukturen.Diese sind fr Solarzellen zu bevorzugen, da im Vergleichzu amorphen Morphologien die Ladungstrgerbeweglich-keiten und die Exzitonendiffusionslngen grer sind.

    Der Aufbau organischer Solarzellen aus Aufdampf-schichten hat sich seit den 90er Jahren besonders durch dieMglichkeit der Dotierung stark verndert und die Wir-kungsgrade konnten entscheidend verbessert werden. Zu-stzlich besteht bei der Verwendung der Aufdampftechnikdie Mglichkeit einer monolithischen In-situ-Verschaltungeinzelner Zellen, was die direkte Fertigung von Modulen aufeinem Substrat ohne sptere Verschaltung ermglicht (Ab-bildung 13). Im Folgenden werden die unterschiedlichenZelltypen und -architekturen beschrieben und der gegen-wrtige Stand der Technik zusammengefasst.

    p-n-ZellenZunchst wurden einfache p-n-Zellen z.B. der KonfigurationITO/n-Leiter/p-Leiter-Metall mit Perylentetracarbonsuredi-imid (PTCDI) als n-Leiter und ZnPc als p-Leiter (Filmdicken25 50 nm) mit Wirkungsgraden von 0,5 % beschrieben(Zelle 1, Tabelle 2, [10b]). U.a. schrnken die kleinen Exzi-tonendiffusionslngen von 10 nm den Wirkungsgrad ein.Bei geringen Filmdicken von 10 nm zeigten diese Zellenaber bereits IPCE-Werte von ber 70 %, die das Potenzial or-ganischer Halbleiter in Solarzellen andeuten. Allerdings wardann die Lichtabsorption gering. Bei diesen Zellen wurdekein Dotand zugesetzt. Der Akzeptor O2 aus der Luft do-tierte das ZnPc. Mit Mischschichten von ZnPc als p-Leiterund C60 als n-Leiter konnten 1% erreicht werden.

    p-i-n-ZellenSind die Morphologie, die Schichtdicken und p/n-Massen-verhltnisse optimiert, bleiben als weitere Ansatzpunkte dieElektrodengrenzen, die optische Optimierung und die elek-trische Balance des Gesamtbauelements.

    Zur Optimierung der Grenzflchen werden zustzlicheSchichten eingefhrt. Auf der Seite des p-Halbleiters musseine Schicht zwischen der Anode und dem p-Halbleiter ein-gefgt werden, die zum einen besonders gut die Lchertransportiert und einen guten Kontakt zur Anode sowiezum p-Halbleiter herstellt eine Lchertransportschicht(Hole Transport Layer, HTL, z.B. tert. Amine wie MeOTPDoder NPB, die mit F4TCNQ dotiert werden kann; Abbildung10). Analog dazu wird auf der n-Seite eine Elektronen-transportschicht (ETL, z.B. C60) verwendet, die mit einemDonor, z.B. Pyronin B [11a] dotiert werden kann. DieseSchichten dienen zum verbesserten Transport bzw. Abflussder Ladungstrger, optimieren den Kontakt zu den Elektro-den und knnen in ihrer Dicke, bei ausreichend hoher elek-trischer Leitfhigkeit, so optimiert werden, dass immer ge-nauso viele Elektronen wie Lcher die Elektroden erreichenund das Bauelement somit elektrisch im Gleichgewicht ist.Zustzlich knnen die Schichten dazu dienen, das einge-strahlte Licht optimal zu nutzen, da es aufgrund des Ge-samtbauelementes zahlreiche optische bergnge gibt, wel-che die Lichteinkopplung und Reflexion an der Kathode be-einflussen. Zur Erhhung der Leitfhigkeit der HTL und ETLwerden die Schichten dotiert. Manche Substanzen, die inAbbildung 10 beispielhaft aufgefhrt sind, knnen je nachZellaufbau verschiedene Funktionen bernehmen.

    Bei konsequenter Anwendung der Dotierung ist dasResultat eine p-i-n-Zelle, bestehend auf ITO aus einer p-dotiertern Lochleiterschicht, dann einer intrinsischen Ab-sorberschicht mit ein oder zwei Absorbern und einer n-dotierten Elektronenleiterschicht. In Abbildung 14A ist derAufbau einer Zelle mit ZnPc und C60 schematisch darge-stellt. Das Energieschema (14B) verdeutlicht die Bildungdes Exzitons, seine Tennung und die Wege von Elektronund Loch. ZnPc ( 670, 620 nm) undauch C60 ( 570, 420 nm) sind zumeinen Absorber, sie wirken aber auchals p- bzw. n-Leiter. Der Wirkungsgradeiner derartigen Zelle liegt bei = 1,7 % (Zelle 2, Tabelle 2). Eine Zelle mit

    400 600 8000

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    Tran

    smis

    sion

    /%

    Wellenlnge /nm

    Abb. 16 Transpa-rente Tandem-Solarzelle basie-rend auf ZnPc:C60in einer Tandem-p-i-n-Struktur(Zelle 5 in Tab. 2).

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    dem p-Leiter DCV5T und den n-Leiter, Akzeptor C60 bringtes sogar auf = 3,4 % (Zelle 3). IPCE Werte (siehe bei Pho-tosensibilisierungszellen) sind bei 50 %.

    Gestapelte p-i-n-ZellenUm den Wirkungsgrad weiter zu erhhen, wurde das Kon-zept der Mehrfachzelle entwickelt. Wie beschrieben, ist dieSchichtdicke der Absorberschicht von der Exzitonendiffu-sionslnge begrenzt. Damit ist die Absorberschicht auf< 60 nm Dicke limitiert, was selbst bei den hohen Extink-tionskoeffizienten der Phthalocyanine nicht ausreicht, dasgesamte nutzbare Licht zu absorbieren. Um dieses Lichtnicht ungenutzt zu lassen, ist es sinnvoll, eine zweite odersogar noch mehr Zellen auf der ersten aufzubauen. Die ers-ten Arbeiten zu diesem Thema nutzten noch eine transpa-rente Metallschicht oder Metallcluster als Interlayer zwi-schen der n-Seite der ersten und p-Seite der zweiten Zelle;inzwischen verzichtet man auf eine zustzliche Zwischen-schicht.

    Neben der Mglichkeit, mehr Licht zu absorbieren, istein weiterer Vorteil der Konfiguration p-i-n/p-i-n die Span-nungserhhung durch die Reihenschaltung der beiden Zel-len: VTandem = VZelle1 + VZelle2. Im Falle von ZnPc:C60 Zellen(Abbildung 15) steigt VOC von 0,5 V auf 1 V und von1,7 auf 2,3 % (Vergleich der Einzelzelle 2 mit der Tandem-zelle 4 in Tabelle 2). Abbildung 16 zeigt als neuere Ent-wicklung mit analogen Materialien die Transmission einertransparenten Tandemzelle (Zelle 5 in Tabelle 2). Derartige

    Zellen sind, wenn hhere Wirkungsgrade erreicht werden,fr die Belegung von Fensterscheiben interessant.

    Krzlich wurde eine komplex aufgebaute Tandemzellemit erhhter VOC und = 6,1 % der Firma Heliatek GmbHzertifiziert (Zelle 6 in Tabelle 2). Neben Solarzellen, die demp-i-n-Konzept folgen, gibt es auch andere Zellarchitekturen,die effiziente Zellen ermglichen und ohne molekulareDotierung mit CuPc und C60 unter Einbau von Ag-Nano-Clustern auskommen. Dazu wurde eine Tandemzelle miteinem Wirkungsgrad von = 5,7 % basierend auf zwei inSerie geschalteten CuPc:C60-Zellen entwickelt. Dadurch er-hht sich der Photostrom (Zelle 7 in Tabelle 2).

    Solarzellen aus polymeren organischen Halbleitern

    Die physikalischen Grundlagen und das Wirkprinzip poly-merer Solarzellen [12, 1518] sind mit denen niedermole-kularer Solarzellen vergleichbar. Die Verarbeitung und Her-stellung der in einem Lsungsmittel gelsten Substanz ist je-doch eine andere. Als Abscheideverfahren bietet sich Spin-Coating (Tropfen einer Lsung auf ein rotierendes Substrat)an. Diese Technologie ist auf Flchen bis ca. 30 cm Sub-stratdurchmesser begrenzt. Vielversprechender sind unter-schiedliche Druckverfahren, welche eine kostengnstigeund grovolumige Produktion ermglichen knnen. DieAbscheidung muss allerdings unter inerten Bedingungenerfolgen, da auch diese Materialien zum Teil empfindlich ge-genber Wasser und Sauerstoff sind. Komplexere Schicht-

    Typischer Aufbau einer polymeren p/n-Zelle (Bulk-Hetero-Junction Zelle). Zur Glttung des Substrates und zur Verbesserung derLadungstrgerinjektion wird hufig PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Polystyrolsulfonsure) eingesetzt. Je nachFormulierung kann eine Leitfhigkeit von bis zu 10 S cm1 bei guter Transparenz im sichtbaren Wellenlngenbereich erreichtwerden.

    A B B . 1 7| P O LY M E R E p / n - Z E L L E

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    O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    G LOSSA R |AM (englisch Airmass): Das Spektrum und die Intensitt der Solarstrahlung istabhngig von der Weglnge des Lichts durch die Atmosphre. AM0 ist definiertals das Spektrum auerhalb der Atmosphre (extraterrestrisches Spektrum) imWeltraum, AM1 ist das Spektrum der senkrecht auf die Erdoberflche fallendenSonnenstrahlen, d. h. die Sonne muss dafr genau im Zenit stehen und frAM1,5 ist der Zenitwinkel. 48,2. Bei AM1,5 betrgt die globale Strahlungsleis-tung 1000 W m2 (100 mW cm2). AM = 1,5 wird als Standardwert fr die Ver-messung von Solarmodulen verwendet. Man kann AM1,5 mit knstlichenLichtquellen unter Verwendung von Filtern simulieren (Solarsimulatoren).

    Elektrische Leitfhigkeit : Angegeben wird in S cm 1, die ein Krper mit1 cm Lnge d und 1 cm2 Querschnittsflche F besitzt (R = elektrischer Wider-stand: = d/FxR). Isolatoren haben von < 1010, Halbleiter von 1010

    bis 101 und Metalle von >101 S cm1.

    Exziton: Ein Exziton ist ein gebundener Zustand von Elektron und Loch ineinem Halbleiter. Es ist somit eine elementare Anregung des Festkrpers. EinExziton kann sich durch den Kristall bewegen und transportiert dabei seineAnregungsenergie durch diesen hindurch. Ein Exziton kann z.B. entstehen,wenn ein Photon in einen Halbleiter eindringt und ein Elektron zum bergangaus dem Valenzband in das Leitungsband anregt. Das Elektron und das imValenzband entstandene, entgegengesetzt geladene Loch ziehen sich durchdie Coulomb-Kraft gegenseitig an. Ein Frenkel-Exziton beschreibt die Situationbei der Elektron und Loch an einem Gitterplatz lokalisiert sind. Das wird be-obachtet, wenn das Material, in dem es angeregt wurde, eine hohe Exzitonen-Bindungsenergie aufweist. Insbesondere die rein thermische Anregung reichtdann bei Raumtemperatur nicht mehr aus, um Elektron und Loch voneinanderzu trennen.

    Fermi-Niveau: Es ist im Bndermodell von Festkrpern das zur Fermi-EnergieEF gehrende Energieniveau. Am absoluten Nullpunkt sind alle darunter lie-gende Zustnde vollstndig besetzt, alle darber liegenden leer. Mit zuneh-mender Temperatur und unter Belichtung erfolgt eine Population von denbesetzten in unbesetzte Zustnde.

    Heterobergang: Als Heterobergang bezeichnet man die Grenzschichtzweier unterschiedlicher Halbleitermaterialien. Anders als bei einem p-n-ber-gang ist hier nicht nur die Dotierung, sondern die Materialart verschieden, z.B. Heterobergnge bei III-V-Halbleitern oder bei zwei verschiedenen organi-schen Halbleitern. Ein Homobergang bezieht sich auf die Grenzschicht zweiergleicher Materialien, z.B. p- und n-dotiertes Silicium.

    ITO: Abkrzung fr Indium dotiertes SnO2. In FTO ist zur Erhhung derLeitfhigkeit SnO2 mit Fluor dotiert. ITO und FTO sind elektrisch leitfhige, im sichtbaren Bereich transparente Materialien mit einem Widerstand von etwa 10 cm2. Die Materialien werden auf Trgern wie Glas oderflexiblen Polymeren im groen Umfang als leitfhige Substrate in LCD-Anzeigen eingesetzt.

    IPCE (incident photon-to-current conversion efficiency): Diese Werte werdendurch Aufnahme von Photostrom-Aktions-Spektren erhalten. IPCE ist definiertdurch die Zahl der Elektronen, die zur Gegenelektrode flieen, dividiert durchdie Zahl der eingestrahlten Photonen bestimmter Wellenlnge. Der Wert kannbei einer bestimmten Wellenlnge theoretisch 100 % betragen. Praktischliegen die Werte wegen Reflexions- und Absorptionsverlusten durch ITO-Sub-strate maximal bei 8090 %.

    Loch: Bei Halbleitern werden bewegliche positive Ladungstrger vereinfachtLcher genannt. Dabei handelt es sich um ein fehlendes Elektron und eswird daher auch als Defektelektron oder Elektronenfehlstelle bezeichnet. DerLadungstransport erfolgt auch hier durch Elektronen.

    Photosensibilisator (auch Sensibilisator genannt): Eine Verbindung, bei der durch Absorption eines Photons eine photochemische oder -physikalischeVernderung eintritt. Der Photosensibilisator wird bei dem Vorgang nicht ver-braucht, sondern steht wieder zur Verfgung. Der Prozess wird auch Photo-sensibilisierung (Sensibilisierung) genannt.

    Photovoltaische Parameter zur Berechnung des Wirkungsgrades:Zur Charakterisierung organischer Solarzellen werden Strom-Spannungs-Kennlinien unter Beleuchtung und im Dunkeln aufgenommen. Als Ergebniserhlt man Kurven, wie sie in der Abbildung dargestellt sind. Aus der Hellkenn-linie lassen sich direkt der Kurzschlussstrom JSC und die Leerlaufspannung VOCablesen. Die maximale Leistung, die eine Solarzelle liefern kann, ist durch dasgrte Rechteck gegeben, welches sich in die Strom-Spannungs-Kennlinie ein-passen lsst. An dem Punkt, an dem die rechte untere Ecke die Hellkennlinieberhrt, befindet sich der MPP, der Maximum Power Point. Die dazugehrigeStromdichte wird mit Jm und die dazugehrige Spannung mit Vm bezeichnet.Der Fllfaktor FF ist ein Ma dafr, wie gut sich das Rechteck der Kennlinieanpasst. Bei Siliciumzellen liegt der FF bei ber 0,8, bei leistungsfhigen orga-nischen Solarzellen oberhalb von 0,5.

    FF =

    Der Wirkungsgrad einer Solarzelle kann ber die folgende Gleichung berech-net werden, wenn die Bestrahlungsstrke E (typisch: 100 mW/cm2, AM1.5)bekannt ist:

    = = (VOC in V, JSC in mA cm2, E in mW cm2)

    Die maximale Leerlaufspannung einer organischen Solarzelle wird vomAbstand der Fermi-Energien des HOMOs des Akzeptors (z.B. ZnPc) und demLUMO des Donors (z.B. C60) begrenzt.

    Singulett-Zustand: Im Singulett-Grundzustand befinden sich zwei gepaarteElektronen im HOMO (hchstes und energiereichstes besetztes Moleklorbi-tal). Durch Absorption eines Photons, das energetisch der Differenz zwischenHOMO und LUMO (niedrigstes und energiermstes unbesetztes Moleklorbi-tal) entspricht, geht ein Elektron unter Spinerhaltung in das LUMO ber.

    Zertifizierung: In der Fachliteratur zur Photovoltaik werden viele Datenverffentlicht, die schwer nachzuvollziehen sind. Aus diesem Grund gibt esunabhngige Zertifizierungslaboratorien wie das Fraunhofer ISE oder NREL (National Renewable Energy Laboratory). Hier werden Zellen undModule unter Standarbedingungen charakterisiert und die Zellflchen genau vermessen [8].

    VOC JSC FF

    E

    Vm JmlE

    Vm JmoVOC JSC

    0

    Jm

    Vm VOC

    2 ]

    Spannung [V]

    Dunkelkennlinie Hellkennlinie

    JSC

    Stro

    mdi

    chte

    J [A

    /cm

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    stapel nur aus Lsung sind schwer herzustellen, da beimAufbringen einer neuen Lsung sich schon vorhandeneSchichten teilweise anlsen knnen. Dennoch gibt es auchhier Tandemzellkonzepte.

    Auch bei den polymeren Solarzellen wird ein Elektro-nenakzeptor- und ein Elektronendonor-Material bentigt.Als Donor bzw. p-Leiter kommt hufig regio-regulres Po-ly(3-hexylthiophen) (P3HT) zum Einsatz. Als Akzeptorma-terialien bzw. n-Leiter werden fast ausschlielich lslicheFullerenderivate wie PCBM verwendet (Abbildung 10). Bei-de Materialien sind auch Absorber, d.h. sie haben vielflti-ge Funktionen.

    In Abbildung 17 ist der typische Zellaufbau einer p/n-Zelle dargestellt. Auf einem Substrat mit transparenterAnode, zumeist ITO, ist hufig eine Schicht PEDOT:PSS zurGlttung und zur elektrischen Anpassung der Anode auf-gebracht. Darauf wird das aktive Material appliziert, aufwelchem die Kathode aufgedampft wird.

    Tabelle 2 gibt die Kenndaten einer Zelle an, bei der zu-nchst P3HT:PCBM aus Lsung aufgebracht und dannZnPc:C60 aufgedampft wurde, was zu einem Wirkungsgradvon = 2,3 % fhrte (Zelle 8). Zelle 9 ist eine vollkommenaus Lsung hergestellte Tandemzelle mit = 6,5 %. Eine derleistungsfhigsten zertifizierten Polymerzellen stammt vonder Firma Konarka und hat einen Wirkungsgrad von =5,2 % auf einer Flche von < 1 cm2 und besteht aus einemPCPDTBT-Derivat und PCBM (Zelle 10). Zwischenzeitlichkonnte eine Zelle mit einem Wirkungsgrad von = 6,4 % zer-tifiziert werden (Pressemitteilung Konarka, 19.05.2009) [8].

    Zur Verbesserung des Wirkungsgrades besteht bei Poly-mer-Solarzellen die Mglichkeit der Optimierung des Volu-men-Heterobergangs (Bulk-Hetero-Junction, BHJ) durchKontrolle der Morphologie, die nderung der Zellarchitek-tur und natrlich eine Verbesserung der Materialien. Auchdie Verbesserung der Lichtausnutzung bzw. Lichteinkopp-lung ist durch zustzliche Schichten, beispielsweise TiO2-Interlayer, mglich.

    Weitere Entwicklungen und Probleme bei organischen Solarzellen

    Organische Solarzellen bertreffen in ihrem Wirkungs-grad die Photosynthese, liegen aber noch unter dem deranorganischen Solarzellen. Von der Industrie erreichteWirkungsgrade von Zellen aus kristallinem Si liegen beiknapp 20 % (preiswertere Zellen aus multikristallinem Si18 % und aus amorphem Si 9 %). Farbstoffsensibilisie-rungs-Solarzellen mit aktiven Flchen von unter 1 cm2 ha-ben zertifizierte Werte von 11 % [57,8]. Firmen wie Dys-ol in Australien, Konarka in den USA, SolarPrint in Irland,G24i in UK und Toyota und Sony in Japan arbeiten an derMarkteinfhrung dieser Zellen. Bei organischen Feststoff-So-larzellen wurde im April 2010 von der Firma Heliatek in Ko-operation mit dem Institut fr Angewandte Photophysikder TU Dresden eine 1,1 cm2 Tandemzelle mit = 7,7 %zertifiziert. Im Dezember 2009 berichtete die Firma Solar-mer aus den USA ber eine flexible Feststoffzelle mit ei-

    nem Wirkungsgrad von 7,9 %, die allerdings nur eine akti-ve Flche von < 0,1 cm2 aufweist. Zur endgltigen Kom-merzialisierung werden u.a. noch Grovolumen-tauglicheFertigungstechnologien bentigt, wie sie gegenwrtig amFraunhofer-Institut fr Photonische Mikrosysteme (IPMS)in Dresden fr aufdampfbare Systeme bei den Feststoff-zellen entwickelt werden.

    Welche Vorteile neben erwarteten niedrigen Wattprei-sen knnten organische Solarzellen bieten? Das geringereGewicht von Modulen ist insbesondere fr Auen-Anwen-dungen wichtig: organische Solarzellen auf flexiblen Sub-straten von 500 g/m2 im Vergleich zu 20 kg/m2 bei an-organischen Solarzellen. Organische Solarzellen wie Farb-stoffsensibilisierungs-Solarzellen zeigen auch bei niedrigerLichtintensitt im Vergleich zu den anorganischen Solar-zellen nur einen geringen Abfall des Wirkungsgrades, wasden Einsatz bei wolkigem Himmel, geringer Solareinstrah-lung im Winter und Innen-Anwendungen attraktiv macht.

    Wo gibt es Probleme? Organische Solarzellen sind emp-findlich gegenber Wasser und Sauerstoff. Neben einer dau-erstabilen Verkapselung insbesondere ein Problem beiden Farbstoffsensibilisierungs-Solarzellen ist natrlichauch die Lichtstabilitt besonders gegen UV-Licht wichtig.Beschleunigte Alterungstests unter simulierter Sonnen-strahlung geben aber Anlass zur Hoffnung, dass die Bau-elemente viele Jahre zuverlssig arbeiten knnen [22].

    Sowohl die Firma Konarka mit polymeren Solarzellen(Power Plastic) als auch die Firma G24i mit Photosensibi-lisierungszellen haben als Markteintritt fr ihre Produktezunchst flexible, leichte Module fr mobile Anwendungengewhlt. Knftig werden weitere Nischen bedient werden,wie transparente, farblich abgestimmte und flexible Modu-le fr Innen- sowie fr Spezialanwendungen. Mit steigenderEffizienz und Lebensdauer werden nach und nach auchDach- und Fassadenintegration mit farblichen und struktu-rellen Gestaltungsmglichkeiten dazukommen. Neben denAnwendungsanforderungen und sthetischen Aspekten istein Faktor von besonderer Bedeutung: Wie entwickeln sichdie Kosten im Vergleich zu anderen Techniken? Die Antwortauf diese Frage hngt von vielen Faktoren ab. Von Vorteilist, dass die organischen Solarzellen kostengnstig und mitgeringem Material- und Energieaufwand bei geringen Pro-zesstemperaturen auf preiswerten Trgern wie Glas oderKunststoff-Folie hergestellt werden knnen.

    ZusammenfassungPhotovoltaischen Solarzellen kommt bei der zunehmendenNutzung erneuerbarer Energien durch das hohe Angebot ansolarer Einstrahlung besondere Bedeutung zu. Daher wirdneben den bewhrten anorganischen Solarzellen auch an derEntwicklung von preiswerteren Solarzellen gearbeitet, dieorganische Materialien als aktive Verbindungen fr dieEnergieumwandlung verwenden. Der Artikel beschreibt Auf-bau und Funktionsweise von Farbstoffsensibilisierungs-Solar-zellen und organischen Feststoff-Solarzellen. Fr Vergleicheund zum Verstndnis dieser Zellen ist es notwendig, auch

    Die Funktion von und weitere Infor-mationen zu organi-schen Solarzellenkann im Internet un-ter http://www.ipms.fraunhofer.de/de/oms/opv.shtml nach-vollzogen werden.

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    O R G A N I S C H E S O L A R Z E L L E N | E N E RG I E

    einige Aspekte der Photosynthese und der anorganischenSolarzellen kurz zu behandeln. Damit wird insgesamt ein Ein-blick in solare Energieumwandlungssysteme unter Berck-sichtigung aktueller Entwicklungen gegeben.

    SummaryPhotovoltaic solar cells are of increasing importance in theuse of regenerative energies due to the high supply of solarradiation. Therefore beside the established inorganic solarcells more low costs solar cells are developed which containorganic materials as active compounds for energy conversion.The article describes construction and function of dye-sensi-tized solar cells and organic solid state solar cells. For com-parison and understanding of these cells it is necessary tomention also some aspects of photosynthesis and inorganicsolar cells. Altogether an insight in solar energy conversionsystems under consideration of current developments is pre-sented.

    SchlagworteAnorganische Solarzellen, organische Feststoffsolarzellen,Farbstoffsensibilisierungs-Solarzellen, Photosynthese, Solar-zellen.

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    Die AutorenDieter Whrle, geb. 1939 in Berlin, studierte Chemiean der Freien Universitt Berlin und promovierte amFritz-Haber-Institut der MPG bei Prof. Manecke.Nach einer Assistenzprofessor an der FU Berlinerfolgte 1975 ein Ruf auf eine C4-Professur an dieUniversitt Bremen. Seine Forschungsinteressenliegen auf dem Gebiet der Synthese und Eigenschaf-ten niedermolekularer und makromolekularerMetallkomplexe und Farbstoffe. Seit lngerer Zeitengagiert er sich auch gegen den Missbrauch derChemie durch chemische Waffen.

    Olaf R. Hild, geb. 1971 in Bremerhaven, studierteChemie an der Universitt Bremen. Von 1998 bis2004 war er in der Arbeitsgruppe von Prof. Whrlettig, wo er ber die Elektropolymerisation vonPhthalocyaninen und Porphyrinen promovierte.2004 trat er in der Fraunhofer Gesellschaft amInstitut fr Photonische Mikrosysteme (IPMS) inDresden im Bereich organische Materialien undSysteme (OMS) eine Stellung an. Dort leitet er seit2008 die Arbeitsgruppe Prozesstechnologie undIntegration (PTI).

    Korrespondenzadressen:Prof. Dr. D. WhrleFachbereich 2 (Biologie, Chemie), Universitt BremenPostfach 330440, D-28334 BremenE-Mail: woehrle@uni-bremen.de

    Dr. Olaf R. HildFraunhofer Institut fr Photonische Mikrosysteme (IPMS)Maria-Reiche-Strasse 2, D-01109 DresdenE-Mail: olaf.hild@ipms.fraunhofer.de

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