{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1437"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1437","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Modellierung von Farbstoffsolarzellen mit polymerem Lochleiter","abstract":"FSZ bestehen aus Farbstoffmolekülen, welche chemisch an die Oberläche einer porösen Titandioxidschicht gebunden sind. Diese Schicht ist auf der Frontelektrode aufgebracht (gewöhlicherweise ein Glas, das mit einer transparent leitfähigen Schicht bedeckt ist). Die Poren sind mit einem Redoxelektrolyten ausgefüllt, der den Ladungsträgertransport vom Farbstoff zur Rückelektrode übernimmt. Licht wird vom Farbstoff absorbiert, unter der Anregung eines Elektrons vom höchsten unbesetzten Molekularorbital (HOMO) in das niederste besetzte Molekularorbital (LUMO). Das Elektron wird in das Leitungsband des Titandioxides injiziert und zur TCO-Elektrode transportiert. Der ionisierte Farbstoff wird vom Redoxsystem regeneriert. In dieser Arbeit wurde das flüssige Redoxssystem durch ein lochleitendes Polymer ersetzt, da das Versiegeln der FSZ noch ein ungelöstes Problem darstellt.
Da der Wirkungsgrad dieses Solarzellentyps weit unter dem von FSZ mit flüssigem Elektrolyten liegt, wurden zwei verschiedene Vorgehensweisen unternommen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Mit der Laserinduzierten Sekundären Neutralteilchen Massenspektroskopie wurde herausgefunden, dass die Poren in FSZ, die nach der konventionellen Methode hergestellt wurden, nur schlecht mit Polymer ausgefüllt sind. Daher wird nur ein kleiner Teil der Farbstoffmoleküle vom Lochleiter kontaktiert, ein großer Teil an Strom geht verloren.
Daher wurde ein neues Zellkonzept entwickelt. Anstatt die unterschiedlichen Schichten nacheinander aufzubringen, wurde eine Mischung aus Titaniumdioxid, Farbstoff und Polymer in einem Schritt aufgebracht und später mit einem Druck von 300bar zusammengepresst. Mit dieser Methode wurde eine gute Porenausfüllung erreicht, aber die Wirkungsgrade waren dennoch zu gering, wenn PEDOT als lochleitendes Polymer verwendet wurde.
Deswegen wurde ein zweidimensionales Modell entwickelt, um die vorherrschenden in der Zelle wirksamen Mechanismen zu untersuchen. Das Modell vereinfacht die poröse Titandioxidschicht und berechnet die Verteilung des elektrischen Potentials und Ladungsträgerdichte in der Zelle. Die Poisson- und Kontinuitätsgleichung wurde mit einem Iterationsverfahren gelöst. Mit dem Modell können I/V-Kennlinien und die Verteilung von physikalischen Variablen, wie das Ferminiveau und die Stromdichte untersucht werden. Parametervaritionen können einfach durchgeführt und deren Einfluss auf die Zellcharakteristik ermittelt werden.
Um effiziente Solarzellen zu erhalten, ist es wichtig die Rekombination an der Titandioxid/Polymergrenzschicht zu unterbinden. Ein weiteres Ergebnis ist, dass ein guter Lochtransport zu der Rückelektrode notwendig für einen hohen Wirkungsgrad ist. Aber die gute Lochleitfähigkeit sollte nicht auf eine hohe Dunkellochkonzentration des Polymers zurückzuführen sein. In diesem Fall rekombinieren viele Ladungstraägerpaare an der Titandioxid/Polymergrenzschicht und vermindern den Photostrom. Die Leitfähigkeit sollte von einer hohen Lochmobilität im Polymer herrühren. Sogar Polymere, die im Dunkeln schlecht leiten, wie z. B. Poly(3-octylthiophene) (P3OT) können für den Transport der generierten Löcher zur Goldelektrode verwendet werden, da die Ladungsträgerkonzentration unter Beleuchtung aufgrund der Lochinjektion des Farbstoffes ansteigt.
P3OT wurde in FSZ verwendet und ein Wirkungsgrad von 1‰ erreicht.
Experimente wurden unternommen, um die Polymereigenschaften wie Lochkonzentration und Lochmobilität zu bestimmen, wie auch das HOMO-, LUMO- und Ferminiveau. FSZs wurden mit Spektraler Empfindlichkeits- und Elektrischer Impedanzmessungen untersucht, um Zelleigenschaften zu bestimmen. Weiterhin wurden Dioden aus Titandioxid und Polymer hergestellt, um die Grenzschicht zu charakterisieren.
Die Parameter wurden zur Modellierung von FSZ mit P3OT als lochleitendem Polymer verwendet und eine simulierte I/V-Kennlinie wurde einer experimentell bestimmten Kennlinie angepasst. Der Verlauf der Lochkonzentration, des elektrischen Potentials, der Fermienergie und die Stromdichte in der Zelle wurden untersucht. Als wichtigstes Ergebnis erhält man, dass die Absorption von P3OT die Hauptursache für den niedrigen Wirkungsgrad der FSZ ist. Da P3OT gut absorbiert, werden Exzitonen im Inneren des Polymers generiert, die jedoch nicht an der Titandioxid/Polymergrenzschicht dissoziieren. Nur ein geringer Teil des Lichtes kann vom Farbstoff in Elektron/Lochpaare umgewandelt werden.
Schließlich wurde untersucht, wie ausgehend von den Polymerkenngrößen von P3OT der Wirkungsgrad von Farbstoffsolarzellen erhöht werden kann. Entweder muss ein stärker absorbierender Farbstoff, ein geringer absorbierendes Polymer verwendet werden, oder die Dissoziation der Exzitonen an der Titandioxid/Polymergrenzschicht muss verbessert werden. Es wurde die Erkenntnis gewonnen, dass eine geringe Lochmobilität im Polymer nicht den Wirkungsgrad dieser Zelle begrenzt.","abstract_html":"FSZ bestehen aus Farbstoffmolekülen, welche chemisch an die Oberläche einer porösen Titandioxidschicht gebunden sind. Diese Schicht ist auf der Frontelektrode aufgebracht (gewöhlicherweise ein Glas, das mit einer transparent leitfähigen Schicht bedeckt ist). Die Poren sind mit einem Redoxelektrolyten ausgefüllt, der den Ladungsträgertransport vom Farbstoff zur Rückelektrode übernimmt. 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Mit dem Modell können I/V-Kennlinien und die Verteilung von physikalischen Variablen, wie das Ferminiveau und die Stromdichte untersucht werden. Parametervaritionen können einfach durchgeführt und deren Einfluss auf die Zellcharakteristik ermittelt werden. <br> <br>Um effiziente Solarzellen zu erhalten, ist es wichtig die Rekombination an der Titandioxid/Polymergrenzschicht zu unterbinden. Ein weiteres Ergebnis ist, dass ein guter Lochtransport zu der Rückelektrode notwendig für einen hohen Wirkungsgrad ist. Aber die gute Lochleitfähigkeit sollte nicht auf eine hohe Dunkellochkonzentration des Polymers zurückzuführen sein. In diesem Fall rekombinieren viele Ladungstraägerpaare an der Titandioxid/Polymergrenzschicht und vermindern den Photostrom. Die Leitfähigkeit sollte von einer hohen Lochmobilität im Polymer herrühren. Sogar Polymere, die im Dunkeln schlecht leiten, wie z. B. Poly(3-octylthiophene) (P3OT) können für den Transport der generierten Löcher zur Goldelektrode verwendet werden, da die Ladungsträgerkonzentration unter Beleuchtung aufgrund der Lochinjektion des Farbstoffes ansteigt. <br> <br>P3OT wurde in FSZ verwendet und ein Wirkungsgrad von 1‰ erreicht. <br> <br>Experimente wurden unternommen, um die Polymereigenschaften wie Lochkonzentration und Lochmobilität zu bestimmen, wie auch das HOMO-, LUMO- und Ferminiveau. FSZs wurden mit Spektraler Empfindlichkeits- und Elektrischer Impedanzmessungen untersucht, um Zelleigenschaften zu bestimmen. Weiterhin wurden Dioden aus Titandioxid und Polymer hergestellt, um die Grenzschicht zu charakterisieren. <br> <br>Die Parameter wurden zur Modellierung von FSZ mit P3OT als lochleitendem Polymer verwendet und eine simulierte I/V-Kennlinie wurde einer experimentell bestimmten Kennlinie angepasst. 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Da der Wirkungsgrad dieses Solarzellentyps weit unter dem von FSZ mit flüssigem Elektrolyten liegt, wurden zwei verschiedene Vorgehensweisen unternommen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Mit der Laserinduzierten Sekundären Neutralteilchen Massenspektroskopie wurde herausgefunden, dass die Poren in FSZ, die nach der konventionellen Methode hergestellt wurden, nur schlecht mit Polymer ausgefüllt sind. Daher wird nur ein kleiner Teil der Farbstoffmoleküle vom Lochleiter kontaktiert, ein großer Teil an Strom geht verloren.
Daher wurde ein neues Zellkonzept entwickelt. Anstatt die unterschiedlichen Schichten nacheinander aufzubringen, wurde eine Mischung aus Titaniumdioxid, Farbstoff und Polymer in einem Schritt aufgebracht und später mit einem Druck von 300bar zusammengepresst. Mit dieser Methode wurde eine gute Porenausfüllung erreicht, aber die Wirkungsgrade waren dennoch zu gering, wenn PEDOT als lochleitendes Polymer verwendet wurde.
Deswegen wurde ein zweidimensionales Modell entwickelt, um die vorherrschenden in der Zelle wirksamen Mechanismen zu untersuchen. Das Modell vereinfacht die poröse Titandioxidschicht und berechnet die Verteilung des elektrischen Potentials und Ladungsträgerdichte in der Zelle. Die Poisson- und Kontinuitätsgleichung wurde mit einem Iterationsverfahren gelöst. Mit dem Modell können I/V-Kennlinien und die Verteilung von physikalischen Variablen, wie das Ferminiveau und die Stromdichte untersucht werden. Parametervaritionen können einfach durchgeführt und deren Einfluss auf die Zellcharakteristik ermittelt werden.
Um effiziente Solarzellen zu erhalten, ist es wichtig die Rekombination an der Titandioxid/Polymergrenzschicht zu unterbinden. Ein weiteres Ergebnis ist, dass ein guter Lochtransport zu der Rückelektrode notwendig für einen hohen Wirkungsgrad ist. Aber die gute Lochleitfähigkeit sollte nicht auf eine hohe Dunkellochkonzentration des Polymers zurückzuführen sein. In diesem Fall rekombinieren viele Ladungstraägerpaare an der Titandioxid/Polymergrenzschicht und vermindern den Photostrom. Die Leitfähigkeit sollte von einer hohen Lochmobilität im Polymer herrühren. Sogar Polymere, die im Dunkeln schlecht leiten, wie z. B. Poly(3-octylthiophene) (P3OT) können für den Transport der generierten Löcher zur Goldelektrode verwendet werden, da die Ladungsträgerkonzentration unter Beleuchtung aufgrund der Lochinjektion des Farbstoffes ansteigt.
P3OT wurde in FSZ verwendet und ein Wirkungsgrad von 1‰ erreicht.
Experimente wurden unternommen, um die Polymereigenschaften wie Lochkonzentration und Lochmobilität zu bestimmen, wie auch das HOMO-, LUMO- und Ferminiveau. FSZs wurden mit Spektraler Empfindlichkeits- und Elektrischer Impedanzmessungen untersucht, um Zelleigenschaften zu bestimmen. Weiterhin wurden Dioden aus Titandioxid und Polymer hergestellt, um die Grenzschicht zu charakterisieren.
Die Parameter wurden zur Modellierung von FSZ mit P3OT als lochleitendem Polymer verwendet und eine simulierte I/V-Kennlinie wurde einer experimentell bestimmten Kennlinie angepasst. Der Verlauf der Lochkonzentration, des elektrischen Potentials, der Fermienergie und die Stromdichte in der Zelle wurden untersucht. Als wichtigstes Ergebnis erhält man, dass die Absorption von P3OT die Hauptursache für den niedrigen Wirkungsgrad der FSZ ist. Da P3OT gut absorbiert, werden Exzitonen im Inneren des Polymers generiert, die jedoch nicht an der Titandioxid/Polymergrenzschicht dissoziieren. Nur ein geringer Teil des Lichtes kann vom Farbstoff in Elektron/Lochpaare umgewandelt werden.
Schließlich wurde untersucht, wie ausgehend von den Polymerkenngrößen von P3OT der Wirkungsgrad von Farbstoffsolarzellen erhöht werden kann. Entweder muss ein stärker absorbierender Farbstoff, ein geringer absorbierendes Polymer verwendet werden, oder die Dissoziation der Exzitonen an der Titandioxid/Polymergrenzschicht muss verbessert werden. Es wurde die Erkenntnis gewonnen, dass eine geringe Lochmobilität im Polymer nicht den Wirkungsgrad dieser Zelle begrenzt.","DSCs consist of dye molecules, that are chemically bonded to the surface of a porous titanium dioxide layer. This layer is deposited on a front electrode (usually a glass, covered a transparent conducting oxide). The pores are filled with a redox electrolyte that serves as media for charge carrier transport from the dye to the back electrode. Light is absorbed from the dye by exciting an electron from the highest unoccupied molecular orbital (HOMO) to the lowest occupied molecular orbital (LUMO). The electron is injected into the conduction band of the titanium dioxide and transported to the TCO-electrode. The ionized dye molecule is regenerated by the redox system. In this work the liquid electrolyte has been substituted by a hole conducting polymer, as the sealing of the cell is still an unsolved problem.
As the efficiencies of these cells are far below of DSCs containing a liquid electrolyte, two different attempts have been undertaken to enhance the performance.
With the Laser Induced Secondary Neutral Particels Mass Spectroscopy it has been determined that the pore filling with polymer is very poor in DSC that have been build by a conventional method. Consequently only a small part of the dye molecules are in contact with the hole conductor, a big amount of current is lost. Therefore a new cell concept has been developed. Instead of bringing up the different layers successively, a mixture of titanium dioxide, dye and polymer is brought up in one step and pressed with 300bar afterwards. With this method a good poor filling is achieved, but the efficiencies are still too low by using PEDOT as hole conducting polymer.
Therefore a two dimensional model has been developed in order to determine the dominating mechanisms inside the cell. The model simplifies the porous titanium dioxide layer and calculates the distribution of the electrical potential and the charge carrier densities inside the cell. The Poisson and continuity equation are solved by iteration. I/V curves can be calculated with the model and the distribution of physical variables, such as electrical field, fermi level and current densities can be determined. Parameter variation can easily be carried out and the influence on the cell characteristics can be studied.
For efficient solar cells it is important to prevent the recombination at the titanium dioxide/polymer interface. As further result it has become clear, that a good hole transport to the back electrode is essential for a high efficiency of the cell. But the good hole conductivity of the polymer should not be based on a high dark concentration of holes. In this case excess recombination will occur upon illumination at the titanium dioxide/polymer interface and decrease the photo current. The conductivity shall be based on a good hole mobility of the polymer. Even polymers that have a low conductivity in darkness such as Poly(3-octylthiophene) (P3OT) can be used to transport the generated holes to the gold electrode, because the charge carrier concentration increase under light illumination by hole injection of the dye.
P3OT has been used for DSC and the efficiency has been increased to 1‰.
Experiments have been undertaken to investigate the polymer parameters such as hole concentration and hole mobility, as well as the HOMO, LUMO and Fermi level. DSCs have been studied by spectral response and electrical impedance measurements to determine cell parameters. Further diodes of titanium dioxide and polymer have been build to investigate the interface.
All these parameters have been used for the modelling of DSC containing P3OT as hole conductor and a simulated I/V curve has been fitted to an experimental one. The distribution of hole concentration, electrical potential, fermi level and the current density inside the cells has been studied. As main result it became obvious that the absorption of P3OT is the limiting factor for the efficiency. As P3OT is a good absorbing material, excitions are generated inside the polymer, that do not dissociate at the polymer/titanium dioxide interface. Therefore only a small part of the light can be converted by the dye into electron/hole pairs.
Finally it has been investigated, starting from the parameters of P3OT in which way the efficiency of DSCs containing a polymer can be increased. This can either be done by the use of a better absorbing dye, a less absorbing polymer or a better dissociation of excitons at the titanium dioxide/polymer interface. It became clear that a low hole mobility of the polymer is not limiting the efficiency of this particular cell."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Modellierung von Farbstoffsolarzellen mit polymerem Lochleiter","Modelling of dye solar cells with hole conducting polymer"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Luther, Joachim"],"dc:creator":["Wagner, Jochen"],"dc:description.abstract":["FSZ bestehen aus Farbstoffmolekülen, welche chemisch an die Oberläche einer porösen Titandioxidschicht gebunden sind. Diese Schicht ist auf der Frontelektrode aufgebracht (gewöhlicherweise ein Glas, das mit einer transparent leitfähigen Schicht bedeckt ist). Die Poren sind mit einem Redoxelektrolyten ausgefüllt, der den Ladungsträgertransport vom Farbstoff zur Rückelektrode übernimmt. Licht wird vom Farbstoff absorbiert, unter der Anregung eines Elektrons vom höchsten unbesetzten Molekularorbital (HOMO) in das niederste besetzte Molekularorbital (LUMO). Das Elektron wird in das Leitungsband des Titandioxides injiziert und zur TCO-Elektrode transportiert. Der ionisierte Farbstoff wird vom Redoxsystem regeneriert. In dieser Arbeit wurde das flüssige Redoxssystem durch ein lochleitendes Polymer ersetzt, da das Versiegeln der FSZ noch ein ungelöstes Problem darstellt.
Da der Wirkungsgrad dieses Solarzellentyps weit unter dem von FSZ mit flüssigem Elektrolyten liegt, wurden zwei verschiedene Vorgehensweisen unternommen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen.
Mit der Laserinduzierten Sekundären Neutralteilchen Massenspektroskopie wurde herausgefunden, dass die Poren in FSZ, die nach der konventionellen Methode hergestellt wurden, nur schlecht mit Polymer ausgefüllt sind. Daher wird nur ein kleiner Teil der Farbstoffmoleküle vom Lochleiter kontaktiert, ein großer Teil an Strom geht verloren.
Daher wurde ein neues Zellkonzept entwickelt. Anstatt die unterschiedlichen Schichten nacheinander aufzubringen, wurde eine Mischung aus Titaniumdioxid, Farbstoff und Polymer in einem Schritt aufgebracht und später mit einem Druck von 300bar zusammengepresst. Mit dieser Methode wurde eine gute Porenausfüllung erreicht, aber die Wirkungsgrade waren dennoch zu gering, wenn PEDOT als lochleitendes Polymer verwendet wurde.
Deswegen wurde ein zweidimensionales Modell entwickelt, um die vorherrschenden in der Zelle wirksamen Mechanismen zu untersuchen. Das Modell vereinfacht die poröse Titandioxidschicht und berechnet die Verteilung des elektrischen Potentials und Ladungsträgerdichte in der Zelle. Die Poisson- und Kontinuitätsgleichung wurde mit einem Iterationsverfahren gelöst. Mit dem Modell können I/V-Kennlinien und die Verteilung von physikalischen Variablen, wie das Ferminiveau und die Stromdichte untersucht werden. Parametervaritionen können einfach durchgeführt und deren Einfluss auf die Zellcharakteristik ermittelt werden.
Um effiziente Solarzellen zu erhalten, ist es wichtig die Rekombination an der Titandioxid/Polymergrenzschicht zu unterbinden. Ein weiteres Ergebnis ist, dass ein guter Lochtransport zu der Rückelektrode notwendig für einen hohen Wirkungsgrad ist. Aber die gute Lochleitfähigkeit sollte nicht auf eine hohe Dunkellochkonzentration des Polymers zurückzuführen sein. In diesem Fall rekombinieren viele Ladungstraägerpaare an der Titandioxid/Polymergrenzschicht und vermindern den Photostrom. Die Leitfähigkeit sollte von einer hohen Lochmobilität im Polymer herrühren. Sogar Polymere, die im Dunkeln schlecht leiten, wie z. B. Poly(3-octylthiophene) (P3OT) können für den Transport der generierten Löcher zur Goldelektrode verwendet werden, da die Ladungsträgerkonzentration unter Beleuchtung aufgrund der Lochinjektion des Farbstoffes ansteigt.
P3OT wurde in FSZ verwendet und ein Wirkungsgrad von 1‰ erreicht.
Experimente wurden unternommen, um die Polymereigenschaften wie Lochkonzentration und Lochmobilität zu bestimmen, wie auch das HOMO-, LUMO- und Ferminiveau. FSZs wurden mit Spektraler Empfindlichkeits- und Elektrischer Impedanzmessungen untersucht, um Zelleigenschaften zu bestimmen. Weiterhin wurden Dioden aus Titandioxid und Polymer hergestellt, um die Grenzschicht zu charakterisieren.
Die Parameter wurden zur Modellierung von FSZ mit P3OT als lochleitendem Polymer verwendet und eine simulierte I/V-Kennlinie wurde einer experimentell bestimmten Kennlinie angepasst. Der Verlauf der Lochkonzentration, des elektrischen Potentials, der Fermienergie und die Stromdichte in der Zelle wurden untersucht. Als wichtigstes Ergebnis erhält man, dass die Absorption von P3OT die Hauptursache für den niedrigen Wirkungsgrad der FSZ ist. Da P3OT gut absorbiert, werden Exzitonen im Inneren des Polymers generiert, die jedoch nicht an der Titandioxid/Polymergrenzschicht dissoziieren. Nur ein geringer Teil des Lichtes kann vom Farbstoff in Elektron/Lochpaare umgewandelt werden.
Schließlich wurde untersucht, wie ausgehend von den Polymerkenngrößen von P3OT der Wirkungsgrad von Farbstoffsolarzellen erhöht werden kann. Entweder muss ein stärker absorbierender Farbstoff, ein geringer absorbierendes Polymer verwendet werden, oder die Dissoziation der Exzitonen an der Titandioxid/Polymergrenzschicht muss verbessert werden. Es wurde die Erkenntnis gewonnen, dass eine geringe Lochmobilität im Polymer nicht den Wirkungsgrad dieser Zelle begrenzt.","DSCs consist of dye molecules, that are chemically bonded to the surface of a porous titanium dioxide layer. This layer is deposited on a front electrode (usually a glass, covered a transparent conducting oxide). The pores are filled with a redox electrolyte that serves as media for charge carrier transport from the dye to the back electrode. Light is absorbed from the dye by exciting an electron from the highest unoccupied molecular orbital (HOMO) to the lowest occupied molecular orbital (LUMO). The electron is injected into the conduction band of the titanium dioxide and transported to the TCO-electrode. The ionized dye molecule is regenerated by the redox system. In this work the liquid electrolyte has been substituted by a hole conducting polymer, as the sealing of the cell is still an unsolved problem.
As the efficiencies of these cells are far below of DSCs containing a liquid electrolyte, two different attempts have been undertaken to enhance the performance.
With the Laser Induced Secondary Neutral Particels Mass Spectroscopy it has been determined that the pore filling with polymer is very poor in DSC that have been build by a conventional method. Consequently only a small part of the dye molecules are in contact with the hole conductor, a big amount of current is lost. Therefore a new cell concept has been developed. Instead of bringing up the different layers successively, a mixture of titanium dioxide, dye and polymer is brought up in one step and pressed with 300bar afterwards. With this method a good poor filling is achieved, but the efficiencies are still too low by using PEDOT as hole conducting polymer.
Therefore a two dimensional model has been developed in order to determine the dominating mechanisms inside the cell. The model simplifies the porous titanium dioxide layer and calculates the distribution of the electrical potential and the charge carrier densities inside the cell. The Poisson and continuity equation are solved by iteration. I/V curves can be calculated with the model and the distribution of physical variables, such as electrical field, fermi level and current densities can be determined. Parameter variation can easily be carried out and the influence on the cell characteristics can be studied.
For efficient solar cells it is important to prevent the recombination at the titanium dioxide/polymer interface. As further result it has become clear, that a good hole transport to the back electrode is essential for a high efficiency of the cell. But the good hole conductivity of the polymer should not be based on a high dark concentration of holes. In this case excess recombination will occur upon illumination at the titanium dioxide/polymer interface and decrease the photo current. The conductivity shall be based on a good hole mobility of the polymer. Even polymers that have a low conductivity in darkness such as Poly(3-octylthiophene) (P3OT) can be used to transport the generated holes to the gold electrode, because the charge carrier concentration increase under light illumination by hole injection of the dye.
P3OT has been used for DSC and the efficiency has been increased to 1‰.
Experiments have been undertaken to investigate the polymer parameters such as hole concentration and hole mobility, as well as the HOMO, LUMO and Fermi level. DSCs have been studied by spectral response and electrical impedance measurements to determine cell parameters. Further diodes of titanium dioxide and polymer have been build to investigate the interface.
All these parameters have been used for the modelling of DSC containing P3OT as hole conductor and a simulated I/V curve has been fitted to an experimental one. The distribution of hole concentration, electrical potential, fermi level and the current density inside the cells has been studied. As main result it became obvious that the absorption of P3OT is the limiting factor for the efficiency. As P3OT is a good absorbing material, excitions are generated inside the polymer, that do not dissociate at the polymer/titanium dioxide interface. Therefore only a small part of the light can be converted by the dye into electron/hole pairs.
Finally it has been investigated, starting from the parameters of P3OT in which way the efficiency of DSCs containing a polymer can be increased. This can either be done by the use of a better absorbing dye, a less absorbing polymer or a better dissociation of excitons at the titanium dioxide/polymer interface. It became clear that a low hole mobility of the polymer is not limiting the efficiency of this particular cell."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["dye solar cell","modelling","conducting polymers"],"dc:title":["Modellierung von Farbstoffsolarzellen mit polymerem Lochleiter","Modelling of dye solar cells with hole conducting polymer"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:16Z"}