Rekordsolarzellen auf Polymerbasis

Physik Journal - Künftig könnten Solarzellen aus Polymeren Nischen erobern, die heute noch Modulen aus Silizium vorbehalten sind.

Dünn, günstig und flexibel: Mit diesen Eigenschaften könnten künftig Solarzellen aus Polymeren Nischenmärkte erobern, die heute noch Modulen aus Silizium vorbehalten sind. Forschern um Harald Hoppe an der Technischen Universität Ilmenau gelang es nun, die Effizienz der Energieumwandlung solcher Polymermodule auf immerhin fünf Prozent zu steigern. Zum Vergleich: Kommerzielle Solarzellen aus kristallinem Silizium erreichen heute einen Wirkungsgrad von etwa 15 Prozent. Die Ilmenauer Forscher schließen mit ihrem Rekord im Bereich der Polymer-Solarzellen zur Weltspitze auf.

Ihren einen halben Quadratzentimeter kleinen Prototypen fertigten Hoppe und Kollegen in einem nasschemischen Prozess, dem so genannten Spin-Coating-Verfahren. Auf eine elektrisch leitende Unterlage aus Aluminium brachten sie eine wenige hundert Nanometer dünne Schicht des halbleitenden Kunststoffs Polythiophen auf. Darüber befindet sich als zweite Elektrode ein durchsichtiger, mit leitfähigem Indiumzinnoxid beschichteter Glasträger. Fällt Sonnenlicht auf diese Solarzelle, entstehen Elektron-Loch-Paare. Das Polythiophen leitet darauf die Löcher zu der einen Elektrode, in das Polymer eingelagerte Fullerene aus Kohlenstoff die Elektronen zu der anderen. Dadurch entsteht ein Strom von etwa 15 Milliampere.

Einen halben Quadratzentimeter groß ist dieser Prototyp einer Polymer-Solarzelle, der einen Wirkungsgrad von 5 Prozent erreicht. (Quelle: TU Ilmenau)

Vor einer Markttauglichkeit muss allerdings noch die Haltbarkeit dieser Plastikmodule erhöht werden. Vor allem eindringendes Wasser und Sauerstoff setzen die Leistungsfähigkeit der Solarzelle nach und nach herab. Doch Hoppe hält ausgefeilte Versiegelungen für möglich, die die Lebenszeit einer Plastiksolarzelle auf ein bis zwei Jahre verlängern könnten. Parallel dazu wollen die Entwickler vor einer Markteinführung den Wirkungsgrad mindestens auf sieben Prozent steigern.

Prinzipiell lassen sich Polythiophen-Zellen auch auf einen flexiblen Träger, z. B. mit einem Tintendruckverfahren, aufdrucken. Damit wären sie für Anwendungen in kurzlebigen Produkten, beispielsweise in mit Displays oder kleinen elektronischen Geräten ausgestatteter intelligenter Kleidung, konkurrenzlos günstig.

Quelle: Physik Journal, Januar 2006, S. 14