Entwicklung und Anwendung einer Computer-Simulationsmethode zur Untersuchung von Verlust-Prozessen in polymer-basierten Solarzellen

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Die photoelektrische Stromumwandlungseffizienz polymer-basierter Solarzellen ist bis heute im Vergleich zu herkömmlichen anorganischen Solarzellen immer noch relativ niedrig, d.h. kleiner als 6 % . Dies ist überwiegend auf die Existenz klein-skaliger Auslöschungsphänomene, wie z.B. Exzitonen- und Ladungsträger-Verlust zurückzuführen, welche die Leistungsfähigkeit polymer-basierter Solarzellen erheblich verringern. In diesem Projekt werden die Ursachen für das Auftreten dieser Phänomene auf Nano-Skalen-Ebene erforscht, und neue Lösungsansätze zur Optimierung der Effizienz dieses Solarzellen-Typs untersucht. Hierzu wird eine neue numerische Solarzellen-Simulationsmethode entwickelt, welche die photovoltaischen Elementar-Prozesse durch Kopplung einer mesoskopischen Feld-Integral-Methode mit einem geeignetem dynamischen Monte-Carlo-Algorithmus modelliert. Nach Überprüfung ihrer Zuverlässigkeit wird sie zur Untersuchung des Einflusses der Zusammensetzung und statischer sowie zeitlich veränderlicher struktureller Gegebenheiten, wie z.B. Inhomogenitäten, Verunreinigungen, Defekte und Oberflächen, auf die Effizienz der Erzeugung und des Transportes von Exzitonen- und Ladungsträger in nano-strukturierten Polymer-Blend- und Block- Copolymer-Materialien eingesetzt. Das Ziel hierbei ist den Zusammenhang der lokalen strukturellen Besonderheiten auf die obengenannten Verlust-Phänomene besser zu verstehen, und mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse neue Wege zur Optimierung der Stromumwandlungseffizienz polymer-basierter Solarzellen zu erkunden.