Organische
Photovoltaik könnte der Solarenergie dank ihrer umweltfreundlichen und
günstigen Herstellung sowie ihrer Flexibilität und Möglichkeit der
Transparenz neue Anwendungsgebiete erschließen. Um der Technologie zum
Marktdurchbruch zu verhelfen, arbeiten Forschungsinstitute weltweit an
ihrer Effizienz und Skalierbarkeit. Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE
und des Materialforschungszentrums FMF der Universität Freiburg konnten
nun ihren im September 2020 verkündeten Rekord für
eine 1 Quadratzentimeter große, organische Solarzelle verbessern. Die
neue Solarzelle stellt mit einem Wirkungsgrad von 15,8 Prozent. erneut
den Weltrekord in dieser Kategorie auf.
Dr. Uli Würfel, Abteilungsleiter Organische und Perowskit-Photovoltaik am Fraunhofer ISE und Gruppenleiter am Materialforschungszentrum FMF der Uni Freiburg leitet die Forschung an den organischen Solarzellen: »Die Verbesserung bei der Rekord-Solarzelle haben wir ganz wesentlich durch den Einsatz einer Anti-Reflexionsbeschichtung erreicht, wodurch mehr Licht in der photoaktiven Schicht der Zelle absorbiert und somit ein höherer Strom generiert wird.«
Das für die Beschichtung notwendige Dünnschichtsystem – abgeschieden mittels Sputterverfahren – entwickelten Forscherinnen und Forscher einer benachbarten Abteilung am Fraunhofer ISE. »Das themenübergreifende Arbeiten ist die große Stärke des Fraunhofer ISE«, sagt Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE. »Die Forschung an unterschiedlichen Photovoltaiktechnologien und ihren jeweiligen Herstellungsprozessen inspirieren sich gegenseitig.«
Neben der Verringerung der Oberflächenreflexion entwickelt das Fraunhofer ISE mit diesem Beschichtungsverfahren auch Elektroden für semitransparente organische Solarzellen. Diese bestehen aus einer photoaktiven, organischen Schicht, aufgebracht auf einer Rückelektrode, die das sichtbare Licht durchlässt und gleichzeitig das Nahinfrarot-Licht zurück in die Zelle wirft. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts »Durchblick-PV - Entwicklung von organischen Solarmodulen mit hoher visueller Transparenz« forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, sowohl für die Absorberschicht als auch für die beiden Elektrodenmaterialen mit hoher Transparenz für sichtbares Licht einzusetzen.
Organische Solarzellen haben viele Vorteile: Sie können ohne Verwendung von Schwermetallen und anderen kritischen Elementen hergestellt werden, haben ein geringes Gewicht, sind mechanisch flexibel, lassen sich sehr gut integrieren, und sie haben auch bei semitransparenter Bauart ein homogenes Erscheinungsbild. Durch Auswahl organischer Halbleiter, die ausschließlich infrarotes Licht absorbieren, können transparente Solarzellen für Fenster und Agrarschutzfolien oder Gewächshausgläser entwickelt werden, die verschiedene Nutzen wie Schutz gegen Unwetter und Überhitzung mit einer relevanten Stromerzeugung verbinden können. Bis zur Produktreife gilt es allerdings noch einige wichtige Entwicklungsschritte erfolgreich zu bestreiten.
Dr. Uli Würfel, Abteilungsleiter Organische und Perowskit-Photovoltaik am Fraunhofer ISE und Gruppenleiter am Materialforschungszentrum FMF der Uni Freiburg leitet die Forschung an den organischen Solarzellen: »Die Verbesserung bei der Rekord-Solarzelle haben wir ganz wesentlich durch den Einsatz einer Anti-Reflexionsbeschichtung erreicht, wodurch mehr Licht in der photoaktiven Schicht der Zelle absorbiert und somit ein höherer Strom generiert wird.«
Das für die Beschichtung notwendige Dünnschichtsystem – abgeschieden mittels Sputterverfahren – entwickelten Forscherinnen und Forscher einer benachbarten Abteilung am Fraunhofer ISE. »Das themenübergreifende Arbeiten ist die große Stärke des Fraunhofer ISE«, sagt Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE. »Die Forschung an unterschiedlichen Photovoltaiktechnologien und ihren jeweiligen Herstellungsprozessen inspirieren sich gegenseitig.«
Neben der Verringerung der Oberflächenreflexion entwickelt das Fraunhofer ISE mit diesem Beschichtungsverfahren auch Elektroden für semitransparente organische Solarzellen. Diese bestehen aus einer photoaktiven, organischen Schicht, aufgebracht auf einer Rückelektrode, die das sichtbare Licht durchlässt und gleichzeitig das Nahinfrarot-Licht zurück in die Zelle wirft. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts »Durchblick-PV - Entwicklung von organischen Solarmodulen mit hoher visueller Transparenz« forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, sowohl für die Absorberschicht als auch für die beiden Elektrodenmaterialen mit hoher Transparenz für sichtbares Licht einzusetzen.
Organische Solarzellen haben viele Vorteile: Sie können ohne Verwendung von Schwermetallen und anderen kritischen Elementen hergestellt werden, haben ein geringes Gewicht, sind mechanisch flexibel, lassen sich sehr gut integrieren, und sie haben auch bei semitransparenter Bauart ein homogenes Erscheinungsbild. Durch Auswahl organischer Halbleiter, die ausschließlich infrarotes Licht absorbieren, können transparente Solarzellen für Fenster und Agrarschutzfolien oder Gewächshausgläser entwickelt werden, die verschiedene Nutzen wie Schutz gegen Unwetter und Überhitzung mit einer relevanten Stromerzeugung verbinden können. Bis zur Produktreife gilt es allerdings noch einige wichtige Entwicklungsschritte erfolgreich zu bestreiten.
Quelle: Fraunhofer
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