10 Übungsblatt Photovoltaik

10.1 (organische Solarzelle)

a)

Der Hauptvorteil der organischen Solarzelle ist, dass die Kosten der organischen So-

larzelle sehr viel geringer als die der Si-Solarzelle sind. Dies folgt aus den günstigen

Komponenten und der Technologie, die zur Produktion benötigt wird. Die organische

Solarzellebieteteine groÿemechanischeFlexibilität(Drucken derZellen aufFolien,dass

macht diese zusätzlich viel leichterund dünner als Si-Solarzellen, was z.B. auch gut für

diemobileAnwendung ist)undgroÿeUmweltverträglichkeit (Quelle ISE 1

).Ein weiterer

Vorteil ist die Verwendung von farbigen Solarzellen für architektonische/gestalterische

Zwecke (Quelle: konarka, ISE, HMI 2

).Die Nachteilesind dergeringe Wirkungsgrad der

organischen Solarzellen, dergeringe Forschungsstand gegenüberdersehr gut erforschten

Siliziumtechnologie und das Stabilitätsproblem, bzw. die nicht bewiesene/vorhandene

Langzeitstabilität. Die organischen Solarzellenaltern (degradieren) sehrschnell.

b)

Bei derBi-Layer-Junction haben wirzweigetrennteBereiche,wie beim pn-Übergang:

Zum Beispiel:

1

www.solarserver.de/solarmagazin/artikelj uni2004 .html

2

www.fv-sonnenenergie.de/publikationen/organische_und_polymer_01.pdf

WirkönnendieBulk-Hetero-JunctionzusätzlichimDetailsbetrachten, wobeiwirhier

sehenkönnen, dassdie erzeugten Elektronen an dieFullerene abgegeben werden:

Der Vorteil der Bulk-Hetero-Junction gegenüber der Bi-Layer-Junction ist, dass das

gesamte Volumen zur Ladungsträgergeneration zur Verfügung steht, anstatt nur eines

dünnen Bereichs an derGrenzäche zwischen Akzeptorund Donor. Zusätzlich setzt die

organische Solarzelleeine groÿe NähevonDonatoren undAkzeptoren voraus, damit die

hoheQuantenezienzerreichtwerdenkann,diesistdurchdasGemischgegeben,während

für zweiSchichtendiese nur imGrenzbereich existiert.

c)

WirhabenfürdiesesSystemdenVorteilderNähederAkzeptorenzudenDonatoren,wie

bei der Bulk-Hetero-Junction, jedoch noch den zusätzlichen Vorteil, dass ein selektiver

Kontakt nicht erst mühevoll geschaen werden muss, sondern schon existiert. Dies war

derVorteilderBi-Layer-Junction gegenüber derBulk-Hetero-Junction.Somit verbindet

also diegezeigteStruktur dieVorteile beider Junctions.

10.2 (LEED und RHEED)

a)

Die de-Brogliewellenlänge ist deniertüber:

λ _dB = h

p

mit

E = ₂ ^p _m ² ⇔ p = √

2mE

^und

E = qU

^folgt:

λ _dB = h

√ 2mqU

für einElektron folgtalso

λ _dB = h

√ 2m e eU a

mit

U _a

^derBeschleunigungsspannung,

m _e

^derElektronenmasse,

h

^derPlanckkonstante und

e

^der Elementarladung. Einsetzen derKonstanten liefert:

λ dB = 1.226 · 10 ^{− 10} m

DieWellenlänge liegtimBereich derGitteratomabstände (Gitterkonstante), daherist

Bragg-Reektionwahrscheinlich. Die Eindringtiefe derElektronen ist jedoch auf Grund

der geringen mittleren freien Weglänge gering, so dass die Methode oberächensensitiv

ist.Zusätzlich werdendurcheinGegenfeldinelastisch gestreuteElektronengeltert, wo-

beidiehauptsächlichelastischgestreutenElektronenvondiesemdurchgelassen werden,

da diese nicht stark genug gebremst werden, wodurch eine Beobachtung der Grenzä-

chenstruktur (der diuse Untergrund, der inelastisch gestreuuten Elektronen wurde ja

geltert) ermöglicht wird.

b)

Die LEED-Methode arbeitet im Gegensatz zur RHEED Methode mit niederenergeti-

schenElektronen.DieRHEEDMethodenutztElektronen,diemit10keVinstreifendem

Einfall, d.h. unter kleinen Winkeln (

1 ^◦ − 3 ^◦

^{3), auf eine Oberäche geschossen werden.}

Hierbeiwerden dienach vornegestreuuten Elektronen als Beugungsbild (in diesem Fall

Linien/Stäbe)gemessen,wobeidasGitterinelastischgestreuuteElektronendiskiminiert.

Es ist zu beachten, dass nur ein geringer Anteil der Intensität in der Streuung erfasst

wird, welcher nur ca.

10 ^{− 4} I 0

^{, mit}

I 0

^{der gesamten} Intensität, ausmacht. Beim LEED werdendieElektronenfrontalaufeineProbegeschossen,jedochmiteinervielgeringeren

Energie,so,dassdiesereektiertwerden,wobeidiegeringeEindringtiefedafürsorgt,dass

manoberächensensitiv ist.DieGemeinsamkeit derMethoden ist,dasssiebenutzt wer-

den können umOberächenstrukturen zu betrachten. Dies gelingt beim RHEED durch

den streifenden Einschuss. Zusätzlich kann man hiermit sogar Kristalle beim wachsen

betrachten undsoüberden Aufbauder gewachsten Schichtenetwas lernen.

c)

Zuerstmachenwirunsklar,wiedieOszillationenzustandekommen.Diesgeschiehtganz

leicht durch folgendesBild:

3

http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=970170785&dok_var=d1&dok_ext=pdf&lename=970170785.pdf

zunehmendeAnzahlanLagen.DasGaistvon6bis22Sekundengeönet,dasheisstins-

gesamt

(22 − 6) s = 16 s

^undestreten

16

Oszillationenauf.DieslässtaufeinWachstum von

1

Monolage/Sekundeschliessen.MitderMonolagendickevon

2.83

^{Åfolgthierausein}

Wachstum von

2.83

^Å

/s

^bzw.

1018.8 nm/h

^{. ImFall von}

16 s

^{erhaltenwireineSchichtdi-}

ckevon

45.28

^Å

= 4.528 nm

^.

10.3 (Photoemissionsspektrum)

Bei der Photoemissionsspektroskopie unterscheidet man zwischen Auger- und Röntge-

nemission. Die Röntgenemission tritt bevorzugt bei kleinen Kernen auf, während die

Augeremission für kleine Kernzahlen dominiert. Im betrachteten Fall besitzt Germani-

um eine Kernzahl von

32

^{, während Sauersto nur eine Kernzahl von}

16

^{besitzt. Somit}

ist also dieRöntgenemission für Germanium und für Sauerstodie Augeremissionstär-

ker. Man sieht nun an der Anregung im Fall des

2p

^und

3d

^{, dass die} Energiebereiche sich starkunterscheiden, wobeidiese geradefür diejeweilige Emissionsartgünstig sind.

Somit dominiert dann jeweilsderAnteil, für den dieEmission, ausderEnergie folgend,

dominant ist.