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Effiziente organische Solarzellen werden umweltfreundlich

Ein EU-Team hat neue Materialien und Produktionsmethoden fürorganische Solarzellen entwickelt. Man demonstrierte eine alternative umweltfreundlichere Polymersynthese und umweltfreundliche Tintenformulierungen und konnte Energieumwandlungswirkungsgrade (power-conversion efficiency, PCE) von bis zu 10 % realisieren.

Energie

Organische Solarzellen ermöglichen vielfältige Anwendungen, die mit konventionellen Siliziumzellen nicht zu realisieren sind. Bevor organische Solarmodule auf den Markt gebracht werden können, müssen verschiedene Entwicklungsprobleme gelöst werden, von denen eines der Einsatz umweltfreundlicher Materialien und Verfahren ist. Das von der EU finanzierte Projekt MATHERO (New materials for highly efficient and reliable organic solar cells) nahm sich dieser Herausforderungen an. Das Projekt entwickelte Materialien und Abscheidungsverfahren, die im Labormaßstab Bauelemente mit einem Energieumwandlungswirkungsgrad von 10 % ermöglichen. Wirkungsgrade in dieser Höhe würden zusammen mit einer Lebensdauer von mehr als 10 Jahren gleichermaßen eine drastische Reduzierung der Betriebskosten bedeuten. Im Sinne dieser Ergebnisse entwickelte das Team hochleistungsfähige Donatorpolymere, umweltfreundliche Tinten und Lösungsmittel und man synthetisierte außerdem Materialien mit hochskalierbarer umweltfreundlicher Chemie. Die Forscher synthetisierten Benzodithiophen-chinoxalin-Kopolymere, wobei zunächst das traditionelle STILLE-Kreuzkupplungs-Polymerisationsverfahren zum Einsatz kam. Die Leistung von organischen Polymer:Fulleren-Solarzellen lag im Labormaßstab bei mehr als 8 %. Durch direkte Arylierungssynthese, eine umweltfreundliche und skalierbare chemische Route, erreichten die Polymere immer noch 6 % PCE. Forscher entwickelten umweltfreundliche Tinten mit nichthalogenierten, ungiftigen Lösungsmitteln, die Solarzellen mit Energieumwandlungswirkungsgraden von über 10 % ergaben. Die Arbeit an der Verlängerung der Lebensdauer der Solarzellen mündete in einem revolutionären monolithischen Verkapselungsprozess. Das Team entwickelte neue Materialien und Prozesse, bei denen keine Klebstoffe oder energieverbrauchenden Vakuumverfahren erforderlich sind, wie sie normalerweise für qualitativ hochwertige Gassperrfolien eingesetzt werden. Die aus Lösung verarbeitete monolithische Verkapselung ist mit der Oberflächenabscheidung auf organischen Solarmodulen kompatibel. Das MATHERO-Konsortium konnte außerdem die Kosteneffizienz von OPV-Modulen unter Beweis stellen. Das Team integrierte seine Entwicklungen wie etwa die unter Einsatz der skalierbaren umweltfreundlichen Synthese hergestellten photoaktiven Polymere, in die nachhaltige Produktion unter Nutzung umweltfreundlicher Lösungsmittel, preiswerter Zwischenschichten und einer revolutionären monolithischen Verkapselung in flexible Solarmodule. Ergebnisse dieser Art ermöglichen eine deutliche Reduzierung der Materialkosten, was der Hauptfaktor einer großtechnischen OPV-Fertigung ist. Des Weiteren bearbeitete man Analysen der technischen Anforderungen, der Vermarktbarkeit und der Wirtschaftlichkeit der vorgeschlagenen Methodik. Von daher erstellte das Team einen Verbreitungsplan, der eine kurze Produkteinführungszeit gestattet. Man ermittelte sechs nutzbare Ergebnisse und produzierte einen Plan für den Einsatz. Die Resultate von MATHERO erlauben nun die kostengünstigere Fertigung langlebiger, leistungsfähiger und umweltfreundlicher Solarzellen.

Schlüsselbegriffe

Solarzellen, organische Photovoltaik, Energieumwandlungswirkungsgrad, MATHERO, anpassbare Chemie, umweltfreundlich

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