Hamburg 2001 – wissenschaftliches Programm

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HL: Halbleiterphysik

HL 17: Photovoltaik I

HL 17.6: Vortrag

Dienstag, 27. März 2001, 11:45–12:00, S17

Elektrische Charakterisierung von farbstoffsensibilisierten Solarzellen auf TiO₂-Basis — •Gregor Kron¹, Tassilo Egerter¹, Gabriele Nelles², Akio Yasuda², Jürgen Werner¹ und Uwe Rau¹ — ¹Institut für Physikalische Elektronik, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 47, 70569 Stuttgart — ²Sony International (Europe) GmbH, MSL, Hedelfinger Str. 61, 70327 Stuttgart

Dieser Vortrag vergleicht Solarzellen auf Basis von TiO₂, sensibilisiert durch eine Monolage Farbstoff, die entweder einen flüssigen Elektrolyten oder einen organischen Festkörper-Lochleiter enthalten. Zunächst entwickeln wir ein generelles Banddiagramm für diese farbstoffsensibilisierten Solarzellen. Der Unterschied zwischen dem Quasi-Fermi-Niveau der Elektronen im TiO₂ und dem Redox-Potential im Elektrolyten bzw. dem Quasi-Fermi-Niveau der Löcher im Lochleiter definiert die Photospannung. Die Leerlaufspannung wird somit durch die Energiedifferenz zwischen Leitungsband im TiO₂ und Redox-Potential im Elektrolyten bzw. höchsten besetzten Molekülorbital (HOMO) im Lochleiter begrenzt. Aus temperaturabhängigen Strom (I) / Spannungs (V)-Messungen bestimmen wir diese Obergrenze und finden einen Unterschied zwischen beiden Zelltypen von ca. 0,2 eV. Neben den Gleichstrommessungen wenden wir auch frequenzabhängige Wechselstrommessungen an und identifizieren eine Kapazität, die wir der Diffusion von Elektronen im TiO₂ zuschreiben. Aus diesen Admittanzmessungen lassen sich Elektronen-Lebensdauern τ ≈ 800 ms im Dunkeln berechnen. Im Unterschied zur Elektrolyt-Zelle zeigt die Festkörperzelle ein stark induktives Verhalten, das auf eine Leitfähigkeitsmodulation des Lochleiters zurückzuführen ist.