Abstract: In this talk, recent developments in the field of organic and hybrid photovoltaics will be discussed together with the fundamentals of the photo- and electrophysics of donor-acceptor mixtures on the one hand and organo-halide perovskites on the other.

First, we will address organic photovoltaic materials and devices. Organic solar cells (OSC), traditionally based on bulk heterojunctions with fullerene derivatives as electron acceptors, have shown a tremendous efficiency boost since few years, not only using low bandgap donor polymers, but much more by combining them with novel molecular non-fullerene acceptors (NFA), e.g., ITIC; Y6 and others, which complementarily absorb sunlight and thus contribute to electron-hole generation. In addition, by matching the energy levels of the donor and acceptor counterparts, the open-circuit voltage losses could be significantly reduced, resulting in an overall power conversion efficiency (PCE) of about 18% in single-junction configuration. The renaissance of OSC came, remarkably, at the time when fullerene-based solar cells were seriously challenged by lead-halide-based organic-inorganic perovskite photovoltaics, which reached a PCE of 25%. This remarkable story deserves our attention. Therefore, the second part of the presentation will discuss the working principles of perovskite solar cells, outstanding physical properties of perovskite semiconductors, but also the issues related to stability and lead toxicity. Although the dominance of silicon photovoltaics seems to remain unchallenged, recent developments in silicon-perovskite tandem solar cells, which are almost touching the 30% PCE level, are remarkable.

Vladimir Dyakonov (Institute of Physics, Julius Maximilian University of Würzburg, Germany)

https://www.physik.uni-wuerzburg.de/ep6/staff/professors/prof-dr-vladimir-dyakonov/

Абстракт: В этом докладе будут обсуждаться последние разработки в области органической и гибридной фотовольтаики, а также основы фото- и электрофизики донорно-акцепторных смесей, с одной стороны, и галогенидорганических перовскитов, с другой.

Во-первых, мы обратимся к органическим фотоэлектрическим материалам и устройствам. Органические солнечные элементы (ОСЭ), создаваемые традиционно на объемных гетеропереходах с производными фуллерена в качестве акцепторов электронов, за последние несколько лет продемонстрировали огромный рост эффективности не только с использованием донорных полимеров с малой шириной запрещенной зоны, но и гораздо большего за счет их комбинации с новыми молекулярными акцепторами нефуллерена (NFA), например ITIC; Y6 и другие, которые дополнительно поглощают солнечный свет и, таким образом, способствуют генерации электронно-дырочных элементов. Кроме того, согласовывая уровни энергии донорного и акцепторного компонентов, потери напряжения холостого хода могут быть значительно уменьшены, что приводит к общей эффективности преобразования энергии (ОЭПЭ) около 18% в однопереходной конфигурации. Возрождение ОСЭ пришло, что примечательно, в то время, когда солнечные элементы на основе фуллеренов столкнулись с серьезным вызовом со стороны органо-неорганических перовскитных фотоэлектрических элементов на основе галогенидов свинца, которые достигли уровня ОЭПЭ в 25%. Эта замечательная история заслуживает нашего внимания. Поэтому, во второй части презентации будут обсуждаться принципы работы перовскитных солнечных элементов, выдающиеся физические свойства перовскитных полупроводников, а также вопросы, связанные со стабильностью и токсичностью свинца. Хотя доминирование кремниевых фотоэлектрических элементов, кажется, остается неизменным, примечательны недавние разработки тандемных солнечных элементов кремний-перовскит, которые почти достигают уровня 30% ОЭПЭ.

Bio: Professor Vladimir Dyakonov holds the Chair of Experimental Physics (Energy research) on the Faculty of Physics and Astronomy of Julius-Maximilian University of Würzburg, Germany since 2004 and he is the Scientific Director of the Bavarian Centre of Applied Energy Research (ZAE Bayern) since 2005. He studied physics at the University of St. Petersburg and received his doctorate at the A. F. Ioffe Physico-Technical Institute in 1996. Since 1990, he has been a visiting researcher at the universities of Bayreuth (Germany), Antwerp (Belgium) and Linz (Austria). He finished his habilitation in experimental physics at the University of Oldenburg (Germany) in 2001. In 2007-2009 he was the Vice-dean of the Faculty of Physics and Astronomy, in 2010-2011 the managing director of Institute of Physics and in 2013-2015 he was the Dean of the Faculty of Physics and Astronomy at the University of Würzburg. Dyakonov’s main research interests are in the fields of thin-film photovoltaics, semiconductor spectroscopy and functional energy materials, in general.

Professor Dyakonov is a member of several committees including the Board of Directors of German Renewable Energy Research Association (FVEE), the Advisory Board of Bavarian Energy Technology Cluster and the Board of Trustees at German Plastics Centre (SKZ).

Инфо: Профессор Владимир Дьяконов с 2004 года возглавляет кафедру экспериментальной физики (исследования по энергетике) факультета физики и астрономии Вюрцбургского университета Юлиуса-Максимилиана, Германия, и также он является научным директором Баварского центра прикладных исследований энергии (ZAE Bayern)с 2005. Изучал физику в Санкт-Петербургском университете и получил докторскую степень в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе в 1996 году. С 1990 года он был приглашенным исследователем в университетах Байройта (Германия), Антверпена (Бельгия) и Линца (Австрия). В 2001 году он получил степень доктора экспериментальной физики в Ольденбургском университете (Германия). В 2007-2009 годах он был заместителем декана физико-астрономического факультета, в 2010-2011 годах - директором Института физики, а в 2013-2015 гг. он был деканом физико-астрономического факультета Вюрцбургского университета.

Основные научные интересы Дьяконова лежат в области тонкопленочной фотовольтаики, полупроводниковой спектроскопии и функциональных энергетических материалов в целом.

Профессор Дьяконов является членом нескольких комитетов, включая Совет директоров Немецкой ассоциации исследований в области возобновляемых источников энергии (FVEE), Консультативный совет Баварского кластера энергетических технологий и Попечительский совет Немецкого центра пластмасс (SKZ).

AFM-colloquium