Jetzt kommt organische PV

Die neue organische p-i-n-Tandemsolarzelle erzielt einen Wirkungsgrad von 5,9% (Foto: Heliatek GmbH). Solche organische Solarzellen haben bei der solaren Stromerzeugung (Photovoltaik oder kurz PV) gegenüber ihren großen Brüdern, den Verbindungshalbleiter- und Siliziumsolarzellen einen enormen Vorteil: Sie sind besonders dünn, leicht und flexibel. Somit erschließt sich ihnen ein extrem weit reichendes Marktfeld. In Zukunft jedenfalls, wäre da nicht noch eine entscheidende Herausforderung. Der niedrige Wirkungsgrad von bisher höchstens 5,4% auf einer Fläche von über 1 cm2 und die geringe Lebensdauer verhinderten bisher die flächendeckende Markteinführung. Kommerzielle Hochleistungszellen aus Verbindungshalbleitern erreichen einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 30%, gewöhnliche Siliziumsolarzellen "aus dem Baumarkt" erreichen aktuell einen Wirkungsgrad um die 15%. Dennoch stehen die organischen Solarzellen mit den Verbindungshalbleiter- und Siliziumsolarzellen aufgrund der besonderen Materialeigenschaften nicht in direkter Konkurrenz.

Erst im Juli vergangenen Jahres startete das vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit über 16 Mio. Euro geförderte Projekt OPEG (Organische Photovoltaik zur integrierbaren Energieversorgung), und schon jetzt liegen erste, sensationelle Ergebnisse vor. Die drei Verbundpartner Heliatek, BASF und das Institut für angewandte Photophysik (IAPP) der Technischen Universität Dresden haben nun eine p-i-n-Tandemsolarzelle mit einem bestätigtem Wirkungsgrad von 5,9% auf einer aktiven Fläche von 2 cm2 entwickelt: Neuer Weltrekord. Die neue Technologie ermöglicht nun die Produktion von leichten, flexiblen, großflächigen organischen Solarzellen, die kostengünstig und mit extrem geringem Material- und Energieaufwand hergestellt werden können. Die benötigten Schichtdicken liegen im Bereich von 200 Nanometern und für einen Quadratmeter Solarzellenfläche wird nur knapp ein Gramm organisches Halbleitermaterial benötigt.

Ziel des Projekts ist die Effizienz organischer Solarzellen auch durch die Erforschung neuer Materialien weiterhin zu steigern, die Lebensdauer zu erhöhen und vor allem die kostengünstige Herstelltechnik weiter zu optimieren, so dass die "Plastiksolarzellen" zu absolut marktfähigen Preisen von der Rolle hergestellt werden können. Bis zum Ende des Projekts verfolgen die Verbundpartner das ehrgeizige Ziel, den Wirkungsgrad sogar auf 9-10% zu steigern. Das Marktpotenzial für die organischen Solarzellen ist riesig: Von mobilen Anwendungen wie beispielsweise der Energieversorgung von mobilen Geräten wie Laptop-Computern oder Organizern über den Outdoorbereich (Solarfolien auf Zelten) bis hin in den Automobilbereich zur Stromversorgung von Radio, Aircondition etc. Langfristig gesehen sollen die organischen Solarzellen auch in den häuslichen Bereich Einzug halten. Hier wären einrollbare Solarfolien auf Markisen denkbar oder transparente Folien auf Fensterscheiben.

Wie der Name schon vermuten lässt, besteht eine Tandem-Solarzelle aus zwei Solarzellen. Diese beiden Solarzellen i.d.R. unterschiedlichen Materials sind übereinander geschichtet. Durch diese Anordnung wird der Wirkungsgrad erhöht, was durch die Abstimmung der verschiedenen Materialien aufeinander erreicht wird, so dass ein breiteres Lichtspektrum absorbiert werden kann. Durch eine entsprechende Bauform können die Photonen des Sonnenlichts durch Reflektion zusätzlich länger in den jeweiligen Schichten gehalten werden.

Quelle: Informationsdienst Wissenschaft