Neue Materialien für hochleistungsfähige organische Solarzellen

Organische Photovoltaik (Organic photovoltaics, OPVs) kann durchaus weniger als Siliziumtechnik kosten, aber Wirkungsgrad und Lebensdauer stehen einer großmaßstäblichen Kommerzialisierung immer noch im Wege. EU-finanzierte Forscher haben nun neue OPV-Zellen für drei spezielle Innen- und Außenanwendungen entwickelt, die durch ihr hohes Niveau des Lichtmanagements und Stabilitätsressourcen die Energieeffizienz verbessern können.

Energie

Photovoltaik-Solartechnik ist eine der am schnellsten wachsenden Technologien für erneuerbare Energien, die eine Hilfe dabei sein könnten, den globalen Energiebedarf zu befriedigen. Organische Photovoltaik repräsentiert eine transformative Technologie mit großem Potenzial für eine Hochdurchsatzfertigung zu sehr geringen Kosten, wobei der Einsatz von auf der Erde reichlich vorhandenen ungiftigen Materialien die Technik umweltfreundlich macht. OPVs können außerdem angesichts der Tatsache, dass Materialeigenschaften wie Ladungsmobilität, Bandlücke, Photospannung oder Eigenstabilität durch sorgfältige Auslegung und Synthese abgestimmt werden können, von einer größeren Auswahl an Funktionsmaterialien profitieren. Daher bleibt die Auswahl optimaler Materialien zur Optimierung von Lichtabsorption und Photospannung weiterhin eine Herausforderung und es sind dringend weitere Verbesserungen in der Materialgestaltung erforderlich. In einer breiten Allianz von Hochschulen, Forschungsinstituten und Industriepartnern wurde das von der EU finanzierte Projekt MUJULIMA (Innovative materials for multiple junction OPVs and for improved light management) gebildet, um sich mit einigen der Bedenken gegenüber OPVs zu beschäftigen. Schlüssel zur Realisierung der Projektziele war die Auswahl von photoaktiven Hochleistungsmaterialien für den Einsatz in aus Lösung verarbeiteten Mehrfachsolarzellenstapeln. Mit dem Einsatz von Donator-Akzeptor-konjugierten Polymeren mit ausreichender Variation der optischen Bandlücken unterstützte man die Realisierung hoher Wirkungsgrade in Vorrichtungen mit Einzel-, Doppel- und Dreifachübergang. Zudem waren mit der Anwendung von Aufwärts- und Abwärts-Wandlermaterialien (Up- and Down-Converter) bessere Lichtmanagementmöglichkeiten und eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Energieumwandlung verbunden. Über die Synthese neuer Materialien hinaus waren die Entwicklung geeigneter Tintenformulierungen, die Optimierung der Zellenarchitektur und die Entwicklung des Tintenstrahlprozesses erforderlich, um hohe OPV-Energieumwandlungswirkungsgrade zu erreichen. Die Forscher entwickelten auch Versuche mit beschleunigter Alterung, um Erosionsmechanismen nachzuverfolgen und zu beseitigen und so Lebensdauer und Stabilität der Module weiter zu verbessern. Das Projektkonsortium demonstrierte seine Errungenschaften anhand von drei Anwendungen: kleine OPVs für intelligente Heimgeräte in Innenräumen, mittelgroße Paneele für Möbel in Städten und ein großes, flexibles Solardach für kommerzielle Busse. Werden die Geräteleistung verbessert und die Stabilitätsprobleme gelöst, so können angesichts der erheblichen Vorteile in Hinsicht auf Kosten und Flexibilität der Verarbeitung die durch organische Photovoltaik zur realisierenden erheblichen Einsparungen einen größeren Anteil am Solarenergiemarkt bewirken.

Schlüsselbegriffe

Solarzellen, organische Photovoltaik, Lichtmanagement, Bandlücke, Photovoltaik, MUJULIMA

Innovative Materials for Multiple Junction OPVs and for Improved Light Management

Neue Materialien für hochleistungsfähige organische Solarzellen

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