Vom Labor zur industriellen Fertigung: Organische PV überwindet Skalierungshürde

© Fraunhofer ISEFreiburg – Der organischen Photovoltaik ist der Sprung von der Laborzelle zu einem industrienahen Fertigungsprozess gelungen. Ein Forschungsteam der Universität Freiburg und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE hat gemeinsam mit Industriepartnern semitransparente organische Solarmodule auf deutlich größeren Flächen gefertigt.

In der organischen Photovoltaik gilt die Übertragung von Laborergebnissen auf industriell relevante Flächen seit Jahren als zentrale Hürde: Verfahren, die im Kleinformat hohe Wirkungsgrade liefern, lassen sich häufig nicht ohne Verluste auf großflächige Module übertragen. Bei semi-transparenten Varianten kommt zusätzlich die Abwägung zwischen Lichtdurchlässigkeit und Effizienzverlust hinzu, die in der Branche als Lichtnutzungseffizienz (LUE: Light Utilization Efficiency) bezeichnet wird.

43,2 Prozent Transparenz bei bis zu 9,26 Prozent Wirkungsgrad
Im Projekt „Durchblick-PV" fertigte das Forschungsteam auf 14,5 mal 14,5 Zentimeter großen Glassubstraten semitransparente organische Solarmodule mit einer Fläche von rund 210 Quadratzentimetern. Die Module erreichten eine durchschnittliche Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich von 43,2 Prozent und einen Wirkungsgrad von bis zu 9,26 Prozent. Daraus ergibt sich eine Lichtnutzungseffizienz von bis zu 4,0 Prozent.

Die im nahen Infrarot reflektierende Rückelektrode wurde per Sputterverfahren aufgebracht. Die organische Absorberschicht sowie eine metallfreie Top-Elektrode aus dem leitfähigen Polymer PEDOT:PSS wurden per Slot-Die-Beschichtung aufgetragen. Mehr als 100 Solarzellen wurden anschließend per Laserstrukturierung miteinander verschaltet.

„Dass wir nun zum ersten Mal erfolgreich und praktisch verlustfrei sämtliche Schichten der Solarzellen per industriell umsetzbaren Slot-Die-Verfahren auftragen konnten, ist für uns ein großer Durchbruch", sagt Dr. Uli Würfel, Abteilungsleiter für Organische und Perowskit-Photovoltaik am Fraunhofer ISE.

Zu der höheren Transparenz der Top-Elektrode trug eine neue PEDOT:PSS-Formulierung des Hanauer Spezialchemie-Unternehmens Heraeus Epurio bei, das mit seinem Markenprodukt Clevios langjähriger Anbieter leitfähiger Polymere für die Elektronikindustrie ist. Die Ergebnisse wurden im August 2026 im Fachjournal „Joule" veröffentlicht.

Flexible Module bestehen 1.275 Biegezyklen ohne Effizienzverlust
Da sich die Slot-Die-Beschichtung auch für Rolle-zu-Rolle-Verfahren eignet, wurde im Rahmen von „Durchblick-PV" auch die Übertragung auf flexible Substrate untersucht und umgesetzt. Die dafür nötigen Folien lieferte das auf Vakuumbeschichtung spezialisierte Unternehmen ROWO Coating aus Herbolzheim in Baden-Württemberg.

„Im Projekt haben wir bereits erste flexible, organische PV-Module hergestellt, die nach 1.275 Biegezyklen über einen Stab mit 15 Millimeter Durchmesser 100 Prozent ihrer ursprünglichen Effizienz beibehielten", berichtet Dr. Mathias List, ebenfalls vom Fraunhofer ISE.

Als nächsten Schritt will das Forschungsteam auch bei den flexiblen Modulen die Fläche vergrößern. Als mögliche Einsatzfelder nennt es Fassaden und Gewächshäuser bei hoher Transparenz sowie getönte Anwendungen wie Fahrzeugdächer bei geringerer Lichtdurchlässigkeit. Damit kommen insbesondere Anwendungen in der bauwerkintegrierten Photovoltaik (BIPV) und der Agri-Photovoltaik (Agri-PV) infrage.

Das Projekt „Durchblick-PV" wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK, heute BMWE) gefördert. Weitere Partner neben dem Fraunhofer ISE und der Universität Freiburg waren Heraeus Epurio, ROWO Coating sowie der auf organische Photovoltaik-Folien spezialisierte Anbieter Asca.

Wie Würfel ergänzt, ist der Fertigungsprozess mit den erzielten Ergebnissen nun erstmals ausreichend kontrollierbar, um im nächsten Schritt sowohl die Transparenz der starren Module weiter zu erhöhen als auch die Fläche der flexiblen Varianten auszuweiten, ohne den Wirkungsgrad zu verringern.