Gedruckte Photovoltaik-Technologie

Gemeinsam mit Kooperationspartnern des Londoner Imperial College und der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) haben Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) rund um Prof. Dr. Christoph Brabec ein neues Molekül erforscht, mit dessen Hilfe organische Solarzellen eine deutlich längere Lebensdauer und gleichzeitig einen höheren Wirkungsgrad erreichen.

Organische Solarzellen gelten in der Photovoltaik als konkurrenzfähige Alternative zu herkömmlichen Siliziumzellen. Organische Solarzellenbestehen  aus speziellen halbleiterbasierten Polymeren sowie Fullerenen. Aufgrund des Einsatzes von Fullerenen erreichen die Lichtzellen zwar einen hohen Wirkungsgrad, doch einem Langzeiteinsatz halten sie nicht stand.
Nun ist es gelungen, eine Alternative für Fullerene aufzuzeigen. Unter den für die Photovoltaik wichtigen Akzeptoren stellt dies eine völlig neue Klasse an Funktionalität dar. Während Fullerene nur ganz wenig Licht absorbieren wandelt das erforschte Molekül sehr viel Licht. Je mehr Sonnenlicht absorbiert wird, desto höher ist die Effizienz. Auf diese Weise werde, so Brabec, bei der Energieerzeugung die Photovoltaik als konkurrenzfähige Alternative zu fossilen Energieträgern gestärkt. Unter Stromgestehungskosten fallen alle Kosten, die nötig sind, um zum Beispiel Sonnenenergie in elektrischen Strom umzuwandeln.

In der jetzt veröffentlichten Studie weisen die Wissenschaftler für das spezielle neue Polymer eine Rekordstabilität und Rekordeffizienz nach. Es wurde eine deutlich erhöhte Umweltstabilität an Luft, aber auch bei hohen Temperaturen von bis zu 140 Grad gemessen und die Forscher erwarten, mit diesen Materialien stabile Solarzellen mit über zehn Prozent Wirkungsgrad erreichen zu können.

Der Prozess, die neuen organischen Materialien zu drucken ist kostengünstiger als Halbleitertechnologien. Die Solarfolien können außerdem mit unterschiedlichen Farbtönen hergestellt werden. So können Architekten die Farbgestaltung ästhetisch anspruchsvoller Lösungen relativ frei wählen. Zahlreiche neue Optimierungsmöglichkeiten und Anwendungsfelder eröffnen sich aber auch für die chemische Industrie. 

Originalpublikation: High-efficiency and air-stable P3HT-based polymer solar cells with a new non-fullerene acceptor, Nature Communications, 2016, dx.doi.org/doi:10.1038/NCOMMS11585

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