Transparente organische Solarzellen für umweltfreundlichere Gebäude
Die OPV-Technologie bietet die Möglichkeit, halbtransparente farblose Zellen herzustellen, die beim Durchschauen durch das Gerät ein klares und unverzerrtes Bild bieten. Diese können perfekt in Gebäudefassaden integriert werden und bieten ein großes Potenzial für Stromproduktionsanlagen in städtischen Gebieten. Die meisten Photovoltaikanlagen in Gebäuden bestehen derzeit aus Modulen mit opaken Zellen, die auf dem Dach, in opaken Fassadenflächen oder in Glasfassaden integriert installiert sind. Sie erzeugen Schatten und verhindern eine gleichmäßige Sichtbarkeit. Die Verwendung von transparenten Photovoltaik-Zellen wird die Stromerzeugungsfläche in Gebäudehüllen deutlich erhöhen und gleichzeitig eine klare und unverzerrte Sicht bieten. Im Rahmen des von der EU finanzierten Projekts SOLPROCEL (Solution processed high performance transparent organic photovoltaic cells) vereinten Partner aus vier Ländern ihre Erfahrungen und entwickelten erfolgreich drei gebäudeintegrierte OPV-Zellen mit hoher Effizienz, Transparenz und Stabilität, wobei nur lösungsverarbeitende Prozesse zum Einsatz kamen. Das Projekt konzentrierte sich auf die Entwicklung neuer nano- und organischer Materialien, die für die Erzielung hochleistungsfähiger halbtransparenter Solarzellen mit formlösungsfähigen Formulierungen notwendig sind. Diese Materialien dienten dazu, stabile Geräte zu schaffen, die die Effizienz von halbtransparenten OPV-Zellen von 5,6% auf 7% erhöhten. Die Projektpartner synthetisierten neue vernetzbare Donor-Akzeptor-Polymere, um die Lichternte im Infrarotbereich zu verbessern und eine langfristige thermische Stabilität der Zellen zu gewährleisten. Ein weiterer Teil des Projekts zielte darauf, Materialien für andere Teile der Solarzelle zu entwickeln, die nicht mit den aktiven Teilen der Zelle zusammenhängen. Mit lösungsverarbeitbaren Formulierungen synthetisierten die Forscher Elektrodenmaterialien auf Basis von Silber-Nanodrähten, halbleitende Trägertransportschichten auf Basis neuer Metalloxid-Nanopartikel-Tinten und Pufferschichten auf Basis organisch-anorganischer Materialien. Im Fokus stand außerdem die Identifizierung der wichtigsten Ausfallmechanismen in diesen halbtransparenten organischen Solarzellen und die Schaffung von Zellkonfigurationen für stabilere Geräte. Die Forscher zeigten, dass eine ordnungsgemäße Filterung zusätzlich zu einem neuen Verfahren, das die Nanomorphologie der Mischung stabilisiert, die nachteilige Wirkung von ultraviolettem Licht beseitigen kann. Für opake Geräte, die horizontal in Richtung des Himmels ausgerichtet sind, wurde eine erwartete Lebensdauer von mehr als sieben Jahren erreicht. Für vertikal ausgerichtete Zellen, etwa für die Integration in Gebäudefassaden und Fenster, kann die Lebensdauer 10 Jahre überschreiten. SOLPROCEL brachte die Verbesserung halbtransparenter Photovoltaik-Elemente maßgeblich voran, so dass Gebäude durch halbtransparente Solarmodule elektrische Energie erzeugen können.
Schlüsselbegriffe
Transparente Solarzellen, organische Photovoltaik, gebäudeintegrierte Photovoltaik, SOLPROCEL
