Photovoltaik
Flexible Solarzellen mit höheren Wirkungsgraden durch neue Generation von Halbleitermaterialien
Das Forschungsvorhaben Flex16 trägt sein Ziel im Namen: Flexible organische Photovoltaik-Folien sollen mit höheren Wirkungsgraden deutlich leistungsstärker werden. Dazu entwickelt das Forschungsteam neue Halbleitermaterialien und Zelldesigns. Vor zwei Tagen ist das Projekt gestartet – passend zum heutigen internationalen Tag der Sonne.
Die organische Photovoltaik (OPV) basiert auf Solarzellen, die im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen bestehen – also Werkstoffen der organischen Chemie. Der vielschichtige Zellaufbau, der insbesondere in der modernen Vakuumverdampfung entsteht, ist trotzdem nur wenige hundert Nanometer stark.
Wegen ihrer vielseitigeren Einsatzmöglichkeiten und der potenziell günstigeren Herstellungsverfahren sind organische Solarzellen ein aktuelles Forschungsfeld innerhalb der Photovoltaik. So können die Folien aufgrund ihrer Flexibilität beispielsweise auf Flächen eingesetzt werden, die für konventionelle Photovoltaikmodule aus anderen Materialien nicht nutzbar wären – etwa aufgrund ihres Gewichts oder ihrer Steifigkeit.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen aus anorganischem Halbleitermaterial, von denen Siliziumsolarzellen am weitesten verbreitet sind, erzielen organische Solarzellen vergleichsweise geringere Wirkungsgrade. Hier setzt das Projekt Flex16 an.
Verbesserte organische Halbleitermaterialien entwickeln
Zentrale Ziele der Forschenden im Bereich der organischen Photovoltaik sind es, den Wirkungsgrad der Solarzellen zu steigern und die Ergebnisse in kommerzielle Herstellungsverfahren sowie marktfähige Produkte zu überführen. Der Solartechnik-Anbieter Heliatek nutzt das sogenannte Rolle-zu-Rolle-Verfahren im Vakuumprozess, um organische Photovoltaik-Folien herzustellen. Die Produktion ist vollständig in Deutschland angesiedelt. Mit seinen kommerziellen Solarfolien erreicht das Unternehmen aktuell einen Wirkungsgrad zwischen acht und neun Prozent.
© Samsung | Fassadeninstallation mit Solarfolien am Samsung Advanced Institute of Technology
© Heliatek | HeliaSol Solarfolie
Diesen Wert wollen die Forscherinnen und Forscher nun deutlich steigern. Langfristig peilen sie einen Wirkungsgrad von 20 Prozent an, zunächst unter Laborbedingungen. 20 Prozent Wirkungsgrad kommt der Leistung aktueller Siliziumsolarzellen schon sehr nah – die solche Werte jedoch bereits in der industriellen Produktion erreichen.
Um ihre PV-Folien zu optimieren, setzt das Wissenschaftsteam an verschiedenen Stellen der Wertschöpfungskette an. So sollen im Bereich organischer Halbleitermaterialien etwa neue Absorber entwickelt werden, die thermisch hoch stabil und optisch stark aktiv sind. Auch soll erforscht werden, wie durch neue Akzeptormaterialien Spannungsverluste, die den Wirkungsgrad begrenzen, weiter verringert werden können.
Neue Materialien und Verfahren geschickt kombinieren
Zusätzlich zu den materialbezogenen Forschungsarbeiten fokussiert sich das Projektteam auf verbesserte Bauelementstapel – also aus welcher Kombination von Bauelementen die organische Solarzelle besteht. Dieses Zelldesign ist maßgeblich für die Effizienz einer Solarzelle verantwortlich und gleichzeitig ein wichtiger Faktor für ihre Lebensdauer.
Letztlich sollen durch geschickt kombinierte neue Materialien und Verfahren sowohl eine verbesserte Effizienz als auch eine höhere Lebensdauer der Solarzellen erzielt werden. Damit leisten die Forschenden auch einen Beitrag ganz im Sinne des heutigen internationalen Tags der Sonne. (av)
Internationaler Tag der Sonne
Der internationale Tag der Sonne unterstützt das Anliegen, den Ausbau der Photovoltaik weiter voranzutreiben. Der Aktionstag fällt jährlich auf den 3. Mai und rückt die Sonne als Energiequelle in den Fokus. Weltweit nehmen Organisationen den Tag der Sonne zum Anlass, um auf das Potenzial der Solarenergie aufmerksam zu machen. Dabei unterstreichen Informationsveranstaltungen und Initiativen die klimafreundliche sowie zuverlässige Art der solaren Stromerzeugung. Der Aktionstag fand erstmals 1978 statt. Initiiert hat den „Sun Day“ der damalige US-amerikanische Präsident Jimmy Carter.
