Forschende von Fraunhofer ISE und Uni Freiburg erzielen neuen Weltrekord bei organischen Solarzellen

© Fraunhofer ISEFreiburg - Die Forschung im Bereich der Organischen Photovoltaik arbeitet mit Nachdruck daran, die Wirkungsgrade weiter zu erhöhen. Das Fraunhofer ISE verzeichnet jetzt zusammen mit dem Freiburger Materialforschungszentrum FMF der Universität Freiburg einen neuen Rekordwert für organische Solarzellen mit mindestens 1 cm² Fläche.

Organische Solarzellen bestehen aus kostengünstigen Materialien und sind leicht herzustellen. Zwar ist der Wirkungsgrad im Vergleich zu Silizium-Solarzellen noch niedrig, doch die Forschung holt in diesem Bereich kontinuierlich auf. Zudem könnte die organische Photovoltaik der Solarenergie dank ihrer umweltfreundlichen und günstigen Herstellung sowie ihrer Flexibilität und Möglichkeit der Transparenz neue Anwendungsgebiete erschließen. Um der Technologie zum Marktdurchbruch zu verhelfen, arbeiten Forschungsinstitute weltweit an ihrer Effizienz und Skalierbarkeit.

Wirkungsgrad Weltrekord für organische Solarzellen auf einem 1 cm² steigt auf 15,8 Prozent
Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) und des Materialforschungszentrums FMF der Universität Freiburg haben ihren im September 2020 verkündeten Rekord für eine 1 cm² große, organische Solarzelle verbessert. Die neue Solarzelle stellt mit einem Wirkungsgrad von 15,8 Prozent erneut den Weltrekord in dieser Kategorie auf (vorher: 14,9 Prozent).

„Die Verbesserung bei der Rekord-Solarzelle haben wir ganz wesentlich durch den Einsatz einer Anti-Reflexionsbeschichtung erreicht, wodurch mehr Licht in der photoaktiven Schicht der Zelle absorbiert und somit ein höherer Strom generiert wird“, erläutert Dr. Uli Würfel, Abteilungsleiter Organische und Perowskit-Photovoltaik am Fraunhofer ISE und Gruppenleiter am Materialforschungszentrum FMF der Uni Freiburg, der die Forschung an den organischen Solarzellen leitet.

Das für die Beschichtung notwendige Dünnschichtsystem, das mittels Sputterverfahren abgeschieden wird, entwickelten die Forschenden einer benachbarten Abteilung am Fraunhofer ISE.

Neben der Verringerung der Oberflächenreflexion arbeitet das Fraunhofer ISE mit diesem Beschichtungsverfahren auch an Elektroden für semitransparente organische Solarzellen. Diese bestehen aus einer photoaktiven, organischen Schicht, aufgebracht auf einer Rückelektrode, die das sichtbare Licht durchlässt und gleichzeitig das Nahinfrarot-Licht zurück in die Zelle wirft.

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt „Durchblick-PV - Entwicklung von organischen Solarmodulen mit hoher visueller Transparenz“ forschen die Wissenschaftler daran, sowohl für die Absorberschicht als auch für die Elektroden Materialien mit hoher Transparenz für sichtbares Licht einzusetzen.

Organische Solarzellen mit vielen Vorteilen - weitere Entwicklungsschritte bis zur Produktreife erforderlich
Organische Solarzellen haben viele Vorteile: Sie können ohne Verwendung von Schwermetallen und anderen kritischen Elementen hergestellt werden, haben ein geringes Gewicht, sind mechanisch flexibel, lassen sich sehr gut integrieren, und sie haben auch bei semitransparenter Bauart ein homogenes Erscheinungsbild.

Durch Auswahl organischer Halbleiter, die ausschließlich infrarotes Licht absorbieren, können transparente Solarzellen für Fenster und Agrarschutzfolien oder Gewächshausgläser entwickelt werden, die verschiedene Funktionen wie Schutz gegen Unwetter und Überhitzung mit einer relevanten Stromerzeugung verbinden können. Bis zur Produktreife müssen allerdings noch einige wichtige Entwicklungsschritte erfolgreich durchlaufen werden.