Karlsruher Institut für Technologie – Lichttechnisches Institut (KIT-LTI)

Karlsruhe

Karlsruher Institut für Technologie – Lichttechnisches Institut (KIT-LTI)

Infrastructure du laboratoire

Les laboratoires du « Lichtechnische Institut » sont équipés, entre autres, d’une boîte à gant, d’un système de dépôt sous vide pour des matériaux organiques et inorganiques, d’un équipement de pulvérisation pour le dépôt d’ITO, d’un évaporateur à canon à électrons, d’un applicateur doctor-blade, d’un microscope électronique à balayage, d’un microscope à force atomique, d’un équipement pour les mesures Seebeck, d’un banc de caractérisation automatisé de cellules PV et d’OLEDs, d’un procédé d’encapsulation des échantillons, d’un ellipsomètre, d’un profilomètre, d’outils de lithographie, d’un spectromètre UV / VIS, d’un système de laser à impulsions ultra-courte, et d’un banc de caractérisation des porteurs de charge résolu en temps et dans l’espace.

N² Gloveboxes at KIT

Au delà de l’excellente infrastructure de type Salle Blanche du « Lichttechnische Institut », le groupe a accès à un large panel de laboratoires et d’équipements au sein du KIT et de ses partenaires grâce à un réseau interdisciplinaire de scientifiques.  Cela inclut un espace supplémentaire en salle blanche, des microscopes électroniques (SEM, TEM, STEM, FIB,…) pour les analyses en volume des matériaux organiques, une technique d’impression en continu, les outils d’analyse de surface et bien d’autres. En étant membre de l’installation ouverte pour l’innovation « Forum de l’Electronique Organique », un cluster de recherche gouvernementale, ils ont également accès à des équipements pour l’impression de composants électroniques organiques.

Recherche et expertise

Le groupe de recherche sur le photovoltaïque organique du Dr. Alexander Colsmann et du Prof. Dr. Uli Lemmer a travaillé sur la fabrication et la caractérisation de dispositifs semi-conducteurs organiques (cellules solaires, OLED, générateur thermoélectrique, photodétecteurs) depuis un certain nombre d’années. L’équipe a récemment réalisé et optimisé des cellules solaires organiques multi-jonction, tandem et semi-transparentes par voie humide ainsi que par sublimation sous vide. Actuellement, des dispositifs photovoltaïques ayant un rendement de conversion de 8%, basés sur des matériaux exclusifs, peuvent être fabriqués dans les laboratoires de l’institut.

Face aux défis posés par les cellules solaires organiques complexes, réalisés entièrement par voie humide, le PI étudie actuellement les couches tampons organiques dopées et les systèmes cathodiques stables. La spectroscopie par impédance était utilisée afin de mieux comprendre les interfaces des couches cruciales[1]. Les électrodes à base de polymères imprimables sont étudiées pour remplacer l’ITO[2],[3],[4],[5], trop coûteux. Des cellules solaires tandem à base de polymères et de petites molécules absorbantes sont réalisées avec des systèmes[6] pouvant être mis en œuvre par voie humide. Dans ce contexte, le PI étudie les couches tampons à base de nanoparticules inorganiques et les processus sol-gel associés[7],[8].

Outre l’optimisation de l’efficacité du dispositif, l’équipe a développé de solides connaissances des phénomènes morphologiques et physiques apparaissant lors de la formation des hétérojonctions en volume. Des études exhaustives par microscopie électronique des mélanges polymère:fullerène leur ont permis de mieux appréhender les liens existants entre la

Flexible Solarmodule, hergestellt am KIT.

morphologie de l’hétérojonction distribuée en volume et les propriétés macroscopiques des dispositifs[9],[10]. Des analyses in situ par diffraction de rayons X en incidence rasante ont mis en évidence de nouveaux phénomènes ayant lieu lors de la formation de l’hétérojonction et ont révélé l’impact du procédé de séchage sur les performances du dispositif[11],[12].

L’institut possède aussi de nombreuses connaissances du processus d’extraction des porteurs de charge dans les hétérojonctions volumiques. En particulier, les mesures de photocourants transitoires se sont révélées être un outil particulièrement précieux pour améliorer la compréhension des phénomènes de génération et de transport de porteurs de charge[13]. En complétant cette approche expérimentale par des simulations numériques du transport de charge, une analyse quantitative du phénomène de transport dans les dispositifs à hétérojonction volumique a pu être effectuée[14].

Le groupe possède une expertise dans la simulation de dispositifs opto-électroniques utilisant un modèle basé sur les équations différentielles de diffusion/conduction. A cette fin, un outil logiciel performant a été développé au cours de ces dernières années.



[1] M. Reinhard, Z. Zhang, J. Hanisch, E. Ahlswede, A. Colsmann, U. Lemmer, Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 053303

[2] H. Do, M. Reinhard, H. Vogeler, A. Pütz, M. F. G. Klein, W. Schabel, A. Colsmann, U. Lemmer, Thin Solid Films 517 (2009) 5900

[3] A. Colsmann, F. Stenzel, G. Balthasar, H. Do, U. Lemmer, Thin Solid Films 517 (2009) 1750

[4] F. Nickel, A. Puetz, M. Reinhard, H. Do, C. Kayser, A. Colsmann, U. Lemmer, Organic Electronics 11 (2010) 535

[5] A. Colsmann, M. Reinhard, T.-H. Kwon, C. Kayser, F. Nickel, J. Czolk, U. Lemmer, N. Clark, J. Jasieniak, A.B. Holmes, D. Jones, Sol. Energy Mat. Sol. Cells, doi:10.1016/j.solmat.2011.10.016

[6] A. Colsmann, J. Junge, C. Kayser, U. Lemmer, Appl. Phys. Lett 89 (2006) 203506

[7] A. Puetz, T. Stubhan, M. Reinhard, O. Loesch, E. Hammarberg, S. Wolf, C. Feldmann, H. Kalt, A. Colsmann, U. Lemmer, Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 95 (2011) 579

[8] A. Puetz, F. Steiner, M. Reinhard, J. Mescher, N. Christ, D. Kutsarov, H. Kalt, U. Lemmer and A. Colsmann, submitted to Organic Electronics

[9] M.F.G. Klein, M. Pfaff, E. Müller, J. Czolk, M. Reinhard, S. Valouch, U. Lemmer, A. Colsmann, D. Gerthsen, J. Polymer Sci., doi 10.1002/polb.22394

[10] M. Pfaff, E. Müller, M. F. G. Klein, A. Colsmann, U. Lemmer, V. Krzyzanek, R. Reichelt, D. Gerthsen, Journal of Microscopy 243 (2011) 31

[11] M. Sanyal, B. Schmidt-Hansberg, M. F. G. Klein, C. Munuera, A. Vorobiev, A. Colsmann, P. Scharfer, U. Lemmer, W. Schabel, H. Dosch, E. Barrena, Macromolecules 44 (2011) 3795

[12] M. Sanyal, B. Schmidt-Hansberg, M. F. G. Klein, A. Colsmann, C. Munuera, A. Vorobiev, U. Lemmer, W. Schabel, H. Dosch, E. Barrena, Advanced Energy Materials 1 (2011) 363

[13] S. Kettlitz, S. Valouch, U. Lemmer, Appl. Phys. A 99 (2010) 805

[14] N. Christ, S. Kettlitz, S. Valouch, S. Züfle, C. Gärtner, M. Punke, U. Lemmer, J. Appl. Phys. 105 (2009) 104513

Site web de Karlsruher Institut für Technologie – Lichttechnisches Institut (KIT-LTI)

Contact

Se connecter à l'extranet