Steigerung der Effizienz organischer Solarzellen
OPV, die eine neue Technologie im PV-Feld vertreten, bieten das Potenzial, Sonnenenergie in Strom zu geringen Kosten zu konvertieren. Doch geringere Stromumwandlungseffizienz und Wirkungsgrade sind und bleiben jedoch erhebliche Hindernisse, um die breite Marktaufnahme zu stärken. Das EU-finanzierte Projekt IQEOPV (Internal quantum efficiency limitations in organic photovoltaics) untersuchte die Photoerzeugung und Rekombinationsprozesse von Ladungsträgern, um letztendlich die OPV Leistung zu optimieren. Durch detaillierte Studien konnten die Wissenschaftler weitere Einblicke in die Abhängigkeit der Gesamtzellspannung von der Rekombination erhalten. Im Verhältnis zur Spannung wurde der Diodenidealitätsfaktor für eine Reihe von organischen Solarzellen über einen großen Bereich von Ladungsträgerkonzentrationen und Temperaturen bestimmt. Die Forscher fanden heraus, dass die Leerlaufspannung für viele Hoch-Bandlückenmaterialien von dem erwarteten logarithmischen Verhalten abweicht, wenn sich diese hohem Strom oder Lichtintensitäten nähert. Die Oberflächenrekombination, die an der Elektrode auftritt, war wahrscheinlich für diese Spannungsabweichung zuständig. Weiterhin wurde dieser Spannungsverlust mit einem nichtstrahlenden Übergang an der Elektrode verbunden. Die für OPV verwendeten Polymer- und Fulleren-Materialien beeinflussten den Energieschweif der Absorption und den Energiebeginn der strahlenden Rekombination. Dies schränkt die Leistung von Solarzellen erheblich ein, da die Photospannung weit unter der oberen Grenze bleibt. Die Entspannungsenergie der Ladungsträger innerhalb des Ladungs-Transferzustands war größtenteils für diesen Spannungsverlust verantwortlich. Wissenschaftler fanden eine neue Art von Solarzelle, die eine hohe PV-Leistung - Strahlungseffizienz - auf Basis von organischen und anorganischen Materialien erreichen kann. Diese Hybridsolarzellen eröffnen einen neuen Weg, um die großflächige PV mit einer wesentlich geringeren parasitären Rekombination und höherer Leerlaufspannung und Leistungsumwandlungseffizienz herzustellen. Reine OPV müssen erhebliche Hindernisse überwinden, bevor sie wesentlich zur Produktion von erneuerbarer Energie beitragen können. Trotz der Möglichkeit großflächige Solarzellen auf einfache Weise zu niedrigen Kosten herzustellen, wird ihr Potential, um hohe Wirkungsgrade zu erreichen, durch ihre weiche Struktur beschränkt. Weitere Forschung ist notwendig, um dieses Problem zu überwinden.
Schlüsselbegriffe
Solarzellen, Photovoltaik, Verlustmechanismen, organische Photovoltaik, Quanteneffizienz
