Helmholtz-Energie Allianz - Das Beste aus zwei Welten: "Anorganisch /organische Hybrid - Bauelemente und Techniken für die Photovoltaik und die solare Brennstofferzeugung"

Das Helmholtz-Zentrum Berlin und das Forschungszentrum Jülich bilden zusammen mit der Humboldt-Universität zu Berlin, der Universität Potsdam und der Freien Universität Berlin eine der drei neuen Energieallianzen, die von der Helmholtz-Gemeinschaft ins Leben gerufen wurden. Ziel der Energieallianz mit dem Namen "Anorganisch/organische Hybrid-Solarzellen und -Techniken für die Photovoltaik" ist es, den drängenden Forschungsbedarf zum raschen Umbau der Energieversorgung gezielt zu decken. Das Vorhaben wird durch den Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft für drei Jahre gefördert, wobei die universitären Partner zusätzlich eigene Mittel einbringen. Eine Fortsetzung der Forschung auch über die drei Jahre hinaus ist geplant. Silizium ist bislang immer noch das meist verwendete Material in Solarzellen. Darüber hinaus gibt es Anstrengungen, andere anorganische Halbleiter wie Kupfer-Indium-Sulfid/Selenid oder auch Gallium-Arsenid-Verbindungen einzusetzen. Und sogar organischen Materialien können verwendet werden, um das Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Jede einzelne Materialklasse hat jedoch auch Nachteile, beispielsweise relativ hohe Herstellungskosten bei anorganischen Halbleitern und vergleichsweise niedrige Wirkungsgrade bei den organischen Solarzellen aus kleinen Molekülen oder Polymeren. Eine ganz neue Möglichkeit besteht nun darin, anorganische und organische Materialien zu kombinieren, um die jeweiligen Vorteile ausnutzen zu können. Von solchen sogenannten Hybrid-Solarzellen versprechen sich Experten sowohl eine Steigerung der Effizienz als auch eine Reduktion der Herstellungskosten. Diesem neuen Forschungsansatz widmet sich die Helmholtz-Energieallianz der Berliner, Potsdamer und Jülicher Partner. Sie bündelt die Expertise, die zu diesen zwei ganz unterschiedlichen Materialklassen in den beteiligten Forschungszentren und Universitäten vorhanden ist. Die Helmholtz-Energie-Allianz will damit das hochaktuelle Forschungsfeld entscheidend vorantreiben. Im Mittelpunkt der Forschung stehen Prozesse, die an den Grenzflächen zwischen anorganischen Halbleitern und organischen Materialien bislang noch die effektive Stromerzeugung in der Solarzelle begrenzen. Um die Effektivität solcher Solarzell-Anordnungen zu verbessern, setzen die Forscher unter anderem auf Nanostrukturen. So sollen anorganische Nanopartikel und Nanodrähte in organische Materialien eingebracht werden, wobei zugleich auf eine kostengünstige Fertigung solcher Syntheseverfahren geachtet wird. Vielversprechend ist außerdem die Einbettung organischer Halbleiter zwischen anorganische Nanosäulen. Aufgrund der Komplexität der angestrebten Systeme wird die Forschung und Entwicklung von Hybrid-Konzepten für die Photovoltaik nicht schon nach den drei Jahren der Förderperiode abgeschlossen sein können. Die Energie-Allianz aber ermöglicht es uns, die Arbeiten mit einer langfristigen Perspektive im Raum Berlin-Potsdam mit den Kollegen aus Jülich fortzuführen. Durch die Helmholtz-Energie-Allianz werden laufende Aktivitäten soweit gestärkt, dass ein international sichtbares Zentrum für Forschung und Entwicklung innovativer Hybrid-Photovoltaik entsteht: das gemeinschaftlich vom Helmholtz-Zentrum Berlin, dem Forschungszentrum Jülich, von Humboldt-Universität zu Berlin, Freie Universität Berlin, Technische Universität Berlin und der Universität Potsdam betriebene "Zentrum für Hybrid-Photovoltaik" im Integrative Research Institute for the Sciences (IRIS Adlershof) der HU Berlin und am Wilhelm-Conrad-Röntgen Campus des HZB. Dieses Zentrum verknüpft einerseits virtuell die Aktivitäten der Partner und bekommt andererseits auch eine reale räumliche Heimat am Campus Adlershof in Berlin.

Projektleitung
Koch, Norbert Prof. Dr. techn. (Details) (Direktor(in) / Geschäftsstelle)

Mittelgeber
Helmholtz-Gemeinschaft

Laufzeit
Projektstart: 05/2012
Projektende: 12/2015

Forschungsbereiche
Experimentelle Physik der kondensierten Materie

Forschungsfelder
Experimentelle Physik, kondensierte Materie

Publikationen
S. Kalusniak, L. Orphal, P. Schäfer, and S. Sadofev, “Surface plasmon polaritons with plasma frequencies above 1 eV in Sn-doped In2O3”, Physica status solidi B, 253, 361 (2016)

S. Kalusniak, S. Sadofev, and F. Henneberger, “ZnO as a Tunable Metal: New Types of Surface Plasmon Polaritons“, Phys. Rev. Lett. 112, 137401 (2014)

S. Kalusniak, S. Sadofev, and F. Henneberger, “Resonant interaction of molecular vibrations and surface plasmon polaritons: The weak coupling regime“, Phys. Rev. B 90, 125423 (2014)

S. Kalusniak, L. Orphal, S. Sadofev, “Demonstration of Hyperbolic Metamaterials at Telecommunication Wavelength using Ga-doped ZnO”, Opt. Express 23(25), 32555-32560 (2015)

R. Schlesinger, F. Bianchi, S. Blumstengel, C. Christodoulou, R. Ovsyannikov, B. Kobin, K. Moudgil, S. Barlow, S. Hecht, S. R. Marder, F. Henneberger, N. Koch, “Efficient light emission from inorganic and organic semiconductor hybrid structures by energy-level tuning“, Nature Comm. 6, 6754 (2015)

M. Eyer, S. Sadofev, J. Puls, and S. Blumstengel, “Charge transfer excitons at ZnMgO/P3HT heterojunctions: Relation to photovoltaic performance”, Appl. Phys. Lett. 107, 221602 (2015)

S. Friede, S. Kuehn, S. Sadofev, S. Blumstengel, F. Henneberger. T. Elsaesser, “Nanoscale transport of surface excitons at the interface between ZnO and a molecular monolayer“, Phys. Rev B 91, 121415 (2015)

F. Bianchi, S. Sadofev, R. Schlesinger, “Cascade energy transfer versus charge separation in ladder-type oligo(p-phenylene)/ZnO hybrid structures for light-emitting applications“, Appl. Phys. Lett. 105, 233301 (2014)

W. Riedel, Y. Tang, W. Ohm, J. Chen, M. Ch. Lux-Steiner, S. Gledhill, Effect of initial galvanic nucleation on morphological and optical properties of ZnO nanorod arrays, Thin Solid Films 574 (2015) 177-183

S. Vatavu, N. von Morze, S. Wiesner, S. Moras, V. Hinrichs, J. Gasiorowski, D.R.T. Zahn, M.-Ch. Lux-Steiner, M. Rusu, CuInSe2 Nanostructures Prepared by Chemical Close-Spaced Vapor Transport for Hybrid Photovoltaic Devices, Thin Solid Films (2016)

S. Wiesner, W. Riedel, D. Greiner, M. Rusu, M.C. Lux-Steiner, Al-Doped ZnO Nanostructured Electrodes for Small Molecule Organic Solar Cells. In: 31st European Photovolt. Solar Energy Conf. and Exhibition: Procs of the International Conf. held in Hamburg, Germany, 14-18 September 2015. ISBN: 3-936338-39-6, DOI: 10.4229/EUPVSEC20152015-3BV.5.12. pp. 1114 – 1117

A. R. Jeong, S. Wiesner, S. Fengler, M. Ch. Lux-Steiner, M. Rusu, Effective Mg:Ag / MoO3 recombination zone for tandem organic photovoltaic devices, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1737 © 2015 Materials Research Society. DOI: 10.1557/opl.2015.561

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W. Riedel, S. Wiesner, D. Greiner, V. Hinrichs, M. Rusu, M.Ch. Lux-Steiner, Hybrid solar cells with ZnO-nanorods and dry processed small molecule absorber, Appl. Phys. Lett. 104 (2014) 173503/1-3

N. von Morzé, S. Wiesner, A. R. Jeong, T. Dittrich, S. Brunken, S. Vatavu, C. A. Kaufmann, M. Ch. Lux Steiner, M. Rusu, Photovoltaic performance and electronic processes at hybrid interfaces in solar cells with small organic molecules and CuInSe2, Hybrid Photovoltaics 2015 Symposium, 10-11 Dec. 2015, Berlin, Germany

S. Krause, M. Stolte, F. Würthner, N. Koch
Influence of Merocyanine Molecular Dipole Moments on the Valence Levels in Thin Films and the Interface Energy Level Alignment with Au(111)
J. Phys. Chem. C 117 (2013) 19031. DOI: 10.1021/jp4060395

M. Timpel, H. Li, M.V. Nardi, B. Wegner, J. Frisch, P.J. Hotchkiss, S.R. Marder, S. Barlow, J.-L. Brédas, N. Koch
Electrode work function engineering with phosphonic acid monolayers and molecular acceptors: charge redistribution mechanisms
Adv. Funct. Mater. 28 (2018) 1704438. DOI: 10.1002/adfm.201704438

M. Timpel, M. V. Nardi, G. Ligorio, B. Wegner, M. Paetzel, B. Kobin, S. Hecht, N. Koch
Energy-Level Engineering at ZnO/Oligophenylene Interfaces with Phosphonate-Based Self-Assembled Monolayers
ACS Appl. Mater. Interfaces 7 (2015) 11900. DOI: 10.1021/acsami.5b01669

K. Akaike, M. V. Nardi, M. Oehzelt, J. Frisch, A. Opitz, C. Christodoulou, G. Ligorio, P. Beyer, M. Timpel, I. Pis, F. Bondino, K. Moudgil, S. Barlow, S. R. Marder, N. Koch
Effective work function reduction of practical electrodes using an organometallic dimer
Adv. Funct. Mater. 26 (2016) 249. DOI: 10.1002/adfm.201504680

C. Christodoulou, A. Giannakopoulos, G. Ligorio, M. Oehzelt, M. Timpel, J.Niederhausen, L. Pasquali, A. Giglia, K. Parvez, K. Müllen, D. Beljonne, N. Koch, M. V. Nardi
Tuning the Electronic Structure of Graphene by Molecular Dopants: Impact of the Substrate
ACS Appl. Mater. Interfaces 7 (2015) 19134. DOI: 10.1021/acsami.5b04777

S. Kabisch, M. A. Gluba, C. Klimm, S. Krause, N. Koch, N. H. Nickel
Polarity driven morphology of zinc oxide nanostructures
Appl. Phys. Lett. 103 (2013) 103106. DOI: 10.1063/1.4820410

F. Piersimoni, R. Schlesinger, J. Benduhn, D. Spoltore, S. Reiter, I. Lange, N. Koch, K. Vandewal, D. Neher
Charge Transfer Absorption and Emission at ZnO/Organic Interfaces
J. Phys. Chem. Lett. 6 (2015) 500. DOI: 10.1021/jz502657z

Zuletzt aktualisiert 2020-21-03 um 23:10