dc.contributor.author
Johnev, Boyan Savov
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:55:19Z
dc.date.available
2006-02-21T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5567
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9766
dc.description
Complete dissertation
Title page, table of contents, acknowledgements
Introduction and theoretical part
Experimental part: Methods, Reagents, Syntheses
Results and discussion
Ca and Mg as counter electrode materials
Summary
Zusammenfassung
Appendix
Literature and references
dc.description.abstract
In this work, organic solar cells consisting of Zinc Phthalocyanine (ZnPc),
Fullerene (C60) and Bathocuproine (BCP), with an overall thickness of about 70
nm, were studied. In this layer system, interface processes dominate over
their bulk properties. The most challenging interfaces in these cells are
between inorganic electrodes and organic photoactive layers, where an ohmic
contact is difficult to achieve. In the present dissertation, a comprehensive
study of the Indium-Tin Oxide (ITO)-organics interface was carried out. The
main topic of this work is to improve the contact resistance by chemical
passivation of ITO surface and enhance charge carrier transport through this
interface. Introducing an aromatic passivation on the ITO surface (8
Hydroxyquinoline), yielded a solar cell with 1,3% efficiency (), compared to
0,8% for untreated ITO. The cell parameter, contributing mostly for this
improvement, is the increased short circuit current (Jsc) 5,5.10 3A/cm2. The
corresponding value for Jsc of untreated ITO cell is 4,56.10 3A/cm2. Creation
of a surface dipole, by dipping ITO in acidic solutions, increased its work
function from 4,20,2 eV for untreated ITO to 4,80,1 eV for H3PO4 passivated
and 4,80,1 eV for HIO4 passivated ITO. This had positive influence on the
solar cell parameters. Improved were mainly the fill factor (FF) and Jsc which
for H3PO4 passivated ITO were: FF=54%, Isc=6.10 3A/cm2 and for HIO4 FF=54%,
Isc=5,28.10 3A/cm2. The cell parameter improvement contributed to the
efficiency the following way: H3PO4=1,72%, HIO4=1,5%. Both acid passivations
improved the contact resistance of the ITO-ZnPc interface and charge carrier
transport from the organic layer to the TCO electrode, thus bringing the Rs of
the solar cells to very low values, 3,060,0025 .cm2 for H3PO4 and 2,820,039
.cm2 for HIO4. A new chemical passivation was designed, namely
Zincphthalocyaninetetraphosphonic acid (ZnPc4P) on ITO. This concept of
combining organic and acid in one substance for TCO passivation was never
reported before. ZnPc4P was never used for a TCO passivation in organic solar
cells up to the present. This passivation created a surface dipole, which
pushed the ITO work function to the highest value of 5,2 eV. Solar cells, made
on ITO passivated with ZnPc4P, had the highest FF ever observed by us: 57%.
The open circuit voltage (Voc) is at the upper limit, which this cell concept
ever showed 0,54V. Jsc with a value of 4,2.10 3A/cm2 was not significantly
improved. The fitted Rs of the cell 2,550,1 .cm2 is the lowest ever measured
by us and is attributed to an improved contact resistance on the ITO ZnPc
interface. Rp of 135162 .cm2 is almost the double, compared to other
passivations, and stands for extremely low recombination of charge carriers
and lack of leakage currents. Although the power conversion efficiency is
1,3%, the influence of this new treatment on the cell parameters proves the
potential of the cell concept.
de
dc.description.abstract
Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung einer organischen Solarzelle,
deren aktive Schichten aus Zink-Phthalocyanin (ZnPc), Fullerenen (C60) und
Bathocuproin (BCP) mit einer Gesamtdicke von 70 nm bestehen. Innerhalb dieses
Systems dominieren Grenzschichtenprozesse gegenüber den Volumeneigenschaften.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Reduktion des Kontaktwiderstandes
durch chemische Passivierung der ITO-Oberfläche, um eine Verbesserung des
Ladungstransports durch diese Grenzfläche zu erreichen. Die erste Methode
besteht darin, durch eine kovalent gebundene, aromatische Monolage, bestehend
aus 8 Hydroxyquinolin, die ITO-Oberfläche chemisch zu passivieren. Bei der
zweiten Methode wird durch chemische Behandlung mit verschiedenen
anorganischen Säuren ein Oberflächendipol auf der ITO-Oberfläche erzeugt, der
zu einer Erhöhung der Austrittsarbeit der Elektrode führt. Solarzellen, die
auf derart präparierten Substraten hergestellt wurden, zeigten im ersten Fall
einem Wirkungsgrad von 1,3% () im Vergleich zu 0,8% bei unbehandeltem ITO.
Die Verbesserung ist vor allem dem hohen Kurzschlussstrom von Jsc= 5,5.10
3A/cm2 zuzuschreiben. Der entsprechende Wert für eine Zelle mit unbehandeltem
ITO ist Jsc = 4,56.10 3A/cm2. Die Bildung eines Oberflächendipols durch das
Eintauchen von ITO in Säurelösungen erhöhte dessen Austrittsarbeit von 4,20,2
eV bei unbehandeltem ITO auf 4,80,1 eV bei H3PO4 oder HIO4 passiviertem ITO.
Dies beeinflusste die Solarzellenparameter in positiver Weise. Hauptsächlich
wurden Füllfaktor (FF) und Jsc verbessert. Für H3PO4-passiviertes ITO betrugen
sie FF=54% und Isc= 6. 10 3A/cm2 und für HIO4-passiviertes ITO FF=54% und
Isc=5,28.10 3A/cm2. Die Verbesserung der Zellparameter trugen wie folgt zur
Effizienz () bei: H3PO4= 1,72%, HIO4= 1,5%. Um die beiden Vorteile,
resultierend aus aromatischer Passivierung und anionischem Oberflächendipol,
zu kombinieren, wurde eine neue chemische Passivierung für ITO mittels Zink-
Phthalozyanintetraphosphonische Säure (ZnPc4P) designt. Diese Passivierung
verschob die ITO-Austrittsarbeit auf den höchsten Wert von 5,2 eV. Solarzellen
auf Basis von ZnPc4P-passiviertem ITO hatten den höchsten FF von 57%. Die
offene Klemmenspannung (Voc) liegt am oberen Limit: 0,54V, während Jsc mit
einem Wert von 4,2. 10 3A/cm2 nicht bedeutend verbessert wurde. Obgleich der
Wirkungsgrad nur 1,3% beträgt, beweist der Einfluss dieser Behandlung auf die
Zellparameter das Potential sowohl des Zell- wie auch des
Passivierungskonzepts. Abschließend lässt sich sagen, dass in der vorliegenden
Dissertation der Ladungstransport an der ITO-ZnPc-Grenzfläche in ZnPc/C60
Solarzellen untersucht und optimiert wurde. Eine neu designte chemische
Passivierung wurde vorgeschlagen, wodurch die Austrittsarbeit der ITO-
Elektrode angepasst wie auch der Kontaktwiderstand für einen optimalen
Ladungstransport verringert wurde. Gleichzeitig wurde gezeigt, dass mono-
molekulare Schichten als Puffer in Solarzellen genutzt werden können.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Organic solar cell
dc.subject
Phthalocyanine
dc.subject
Monolayer passivation
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
dc.title
Chemical engineering of the electronic properties of ITO-organics interface in
Phthalocyanine/C60-Fullerene organic solar cells
dc.contributor.firstReferee
Prof. Helmut Tributsch
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Christian-Herbert Fischer
dc.date.accepted
2006-02-10
dc.date.embargoEnd
2006-03-02
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000001890-1
dc.title.translated
Chemische Anpassung der elektrischen Eigenschaften der ITO-Organik-Grenzfläche
in Phthalozyanin/C60-Fulleren organische Solarzellen
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000001890
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2006/104/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000001890
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access