Höhere Lebensdauer, verbesserter Wirkungsgrad

Im Rennen um effiziente Solartechnologien der Zukunft haben Wissen­schaftler der Uni Erlangen-Nürn­berg um Christoph Brabec einen Meilen­stein gesetzt. Gemeinsam mit ihren Kooperations­partnern erforschten sie ein Molekül, mit dem organische Solar­zellen eine deutlich längere Lebens­dauer erreichen – bei gleich­zeitig ver­bessertem Wirkungs­grad.

Anders als die Siliziumzellen bestehen organische Solarzellen aus halb­leiter­basierten Polymeren und sowie Fullerenen. Aufgrund des Einsatzes von Fullerenen erreichen die Licht­zellen zwar einen hohen Wirkungs­grad. Einem Lang­zeit­ein­satz von dreißig Jahren halten sie aber nicht stand. Doch Brabec und sein Team zeigen jetzt eine Alter­native zu Fullerenen auf. „Wir haben ein neues orga­nisches Molekül erforscht, das nicht auf Fullerenen basiert. Unter den für die Photo­voltaik wichtigen Akzeptoren stellt es eine völlig neue Klasse an Funktio­nalität dar“, erläutert Brabec. Während Fullerene nur ganz wenig Licht absor­bieren, punktet das erforschte Molekül mit der Um­wandlung von sehr viel Licht.

In der jetzt veröffentlichten Studie weisen die Wissen­schaftler – bezogen auf das spezielle neue Polymer – eine Rekord­stabilität und Rekord­effizienz des neu entwickelten synthe­tischen Materials nach. „Wir haben eine deutlich erhöhte Umwelt­stabilität an Luft, aber auch bei hohen Tempe­raturen von bis zu 140 Grad gemessen“, so Brabec, „und wir erwarten, auf­grund dieser Materialien stabile Solar­zellen mit über zehn Prozent Wirkungs­grad erreichen zu können.“

Außerdem gestaltet sich der Prozess, die neuen orga­nischen Materialien zu drucken, kosten­günstiger. Statt teure Halb­leiter­techno­logien zu nutzen, werden die Photo­voltaik­elemente, die aus dünnen Kunst­stoff­trägern bestehen, vom Band gefertigt, also beschichtet und gedruckt. Die Solar­folien können außerdem mit unter­schied­lichen Farb­tönen herge­stellt werden. Davon profi­tieren zum Beispiel Archi­tekten, indem sie die Farb­ge­staltung ästhetisch anspruchs­voller Lösungen relativ frei wählen können, oder Auto­mobil­ent­wickler, um die speziellen orga­nischen Solar­zellen etwa in Glas­dächern von Kraft­fahr­zeugen zu verbauen. Zahl­reiche neue Optimie­rungs­möglich­keiten und Anwendungs­felder eröffnen sich aber auch für die chemische Industrie.

FAU / RK