e– O O Photon (Lichtquant) S S S S S S S S Naturstoffe – Neue Materialien Bau und Funktionsprinzip einer OPV Eine organische Photovoltazelle OPV wie in B1 kann mithilfe der ausführlichen Anweisungen im FlashModul aus B2 gebaut und getestet werden. Als tragende Grundlage dient eine Glasplatte, die einseitig mit fluordotiertem Zinnoxid (Fluorine-doped Tin Oxide FTO) beschichtet ist. Diese Schicht ist völlig transparent und elektrisch leitfähig. Die in B1 als PEDOT:PSS angegebene Schicht (vgl. Formeln zu A2) ist nicht unbedingt notwendig, verbessert aber die Leistung der Zelle. Das Herzstück der OPV bildet die aktive Schicht aus einem Polymer, dem Poly(3-hexylthiophen) P3HT und einem Fullerenderivat, dem Phenyl-C61-Butansäuremethylester PCBM. Die beiden Komponenten bilden ein nano strukturiertes Netzwerk, in dem es eine große Kontaktfläche zwischen P3HT und PCBM gibt. Das Polymer wirkt als Lichtabsorber und ElektronenDonator. PCBM ist Elektronen-Akzeptor und erhält da durch eine negative Ladung e–. Im Polymer-Molekül entsteht ein positives „Loch“ h+ (ein Elektronendefizit). Die beiden Funktionsmodelle aus B2 liefern in Form von interaktiven Animationen und erläuternden Texten ausführliche Informationen darüber, wie es zur Bildung dieses Elektron-Loch-Paares e–/h+ kommt, wie sich Elektronen und Löcher voneinander trennen, in verschiedene Richtungen auseinander driften und zu einem Stromfluss führen, der einen kleinen Elektromotor antreiben kann (vgl. S. 253, B1 und Video in Chemie 2000+ Online). Aufgaben A1 Vergleichen Sie Struktur des Polymers P3HT aus der OPV mit den Strukturen der Makromoleküle, in Polyethen PE, Polyethylenterephthalat PET und Polyisopren (Naturkautschuk). Nennen Sie den wichtigsten Unterschied und erläutern Sie, welche Eigenschaften darauf zurückzuführen sind. A2 Ein Gemisch aus Poly(ethylendioxythiophen) PDOT und Poly(styrolsulfonat) PSS verbessert die Übertragung der positiven Löcher h+ auf die FTO-Schicht in einer OPV. Nennen Sie den strukturellen Unterschied in den Ketten der beiden Makromoleküle: Organische Photovoltazellen OPV ER W EIT ER UN G· VE RT IEF UN G· AN W EN DU NG B1 Skizze zum Bau einer organischen Photovoltazelle (vgl. detaillierte Bauanleitung unter Chemie 2000+ Online) B2 Flash-Modul zu organischen Photovoltazellen (vgl. Chemie 2000+ Online) 252 S O O S O O S O O S SO3H SO3 SO3H SO3H SO3 SO3H O O S O O S O O S O O S O O + + _ _ 3377_01_01_2012_Kap4_212_273 23.09.14 06:31 Seite 252 Nu r z u Pr üf zw ec en Ei ge nt um d es C .C . B uc h er V rla gs