Organische PV: FAU und HI ERN-Forschende verbessern Wirkungsgrad Weltrekord

© Kurt Fuchs / HI ERNErlangen/Nürnberg - Organische Solarzellen sind extrem dünn, leicht, und biegsam. Aufgebracht auf transparente Folie können sie in verschiedensten geometrischen Formen und Farben auch in Bereichen eingesetzt werden, für die siliziumbasierte Solarzellen ungeeignet sind. Wissenschaftlern aus Erlangen und Nürnberg ist es nun gelungen, einen neuen Wirkungsgrad-Weltrekord zu erzielen.

Solarenergie ist eine der Säulen der Energiewende. Entsprechend umfangreich ist die Forschung auf diesem Gebiet. Mit Blick auf die Effizienz ist derzeit Silizium als Basismaterial kaum zu toppen. Allerdings weist Silizium auch einige Nachteile auf, da es starr und vergleichsweise schwer ist, außerdem ist das Recycling schwierig. Wissenschaftler an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) haben nun das derzeit effizienteste organische Solarmodul konstruiert.

Neuer Wirkungsgradrekord verbessert bisherigen Weltrekord um über einen Prozentpunkt
Organische PV-Module können biegsam und zudem transparent sein und lassen sich daher auch in Fenster und Fassaden integrieren, in Innenräumen nutzen oder auf Feldern als Überdachungen einsetzen, etwa in Gewächstunneln. Ein weiterer Vorteil gegenüber Solarzellen auf Silizium-Basis ist ein viel günstigerer ökologischer Fußabdruck - die Herstellungsprozesse sind umweltfreundlicher, das Material ist besser zu recyceln. Die Schwäche von organischen PV-Zellen liegt bislang in der Effizienz: Bringen Siliziummodule bereits Wirkungsgrade von über 20 Prozent, kämpften die Forschenden bei der OPV noch vor wenigen Jahren um ein zweistelliges Ergebnis.

Das neue, gemeinsam von FAU und HI ERN entwickelte, organische Solarmodul erreicht einen zertifizierten Rekordwirkungsgrad von 14,46 Prozent, der den bisherigen Weltrekord für organische Photovoltaikmodule (OPV) von 13,1 Prozent von Waystech übertrifft. Für die Wissenschaftler beweist der neue Rekord, dass organische Photovoltaik perspektivisch als Alternative zu Silizium & Co. etabliert werden kann. Der Rekordwirkungsgrad wurde zertifiziert von Fraunhofer ISE (CalLab PV Cells) in Freiburg.

„Die lösungsprozessierte organische Photovoltaik wird zu einem wichtigen Baustein einer Photovoltaikstrategie, bei der die Geschwindigkeit des Kapazitätsaufbaus und die Integrationsfähigkeit im Vordergrund stehen. Sie ermöglicht, ähnlich wie die Perowskite, Photovoltaikanwendungen jenseits der Gigawatt-Felder in den Wüstenregionen. Die organische Photovoltaik kann so einen nachhaltigen Beitrag leisten, die Produktion von Photovoltaik wieder in Europa anzusiedeln“, so Prof. Christoph Brabec, Direktor am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg (HI ERN) und Professor für Materialien der Elektronik und der Energietechnologie an der FAU, über die Neuentwicklung.

Drei Parameter bringen nötige Effizienzbooster
FAU Wissenschaftler Dr. Andreas Distler nennt drei Parameter, die den neuen Wirkungsgradrekord ermöglicht haben. Zum einen haben die Forschenden verbesserte Aktivmaterialien eingesetzt. Aber mindestens ebenso wichtig sei es gewesen, die inaktiven Bereiche auf einem Modul zu reduzieren, so Distler. Dafür wurde der Laserstrukturierungsprozess weiter optimiert, der die Modulfläche in einzelne Solarzellen unterteilt und diese elektrisch miteinander verschaltet. „Hier ist die Kunst, die Laserlinien so dünn wie möglich zu halten, denn diese Fläche auf dem Modul kann später keinen Strom erzeugen“, erklärt der FAU-Forscher. „Schließlich haben wir gemeinsam mit den Kollegen von der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm mittels Computersimulationen eine homogenere Beschichtung entwickelt. All das sind kleine Effizienzbooster, die in der Kombination dann um einen Prozentpunkt mehr Wirkungsgrad bringen“, so Distler weiter.

„Für die erfolgreiche Kooperation zwischen FAU und dem HI ERN, als Teil des Forschungszentrums Jülich, ist dieser aktuelle Weltrekord ein besonders sichtbarer Meilenstein: Er unterstreicht erneut die Bedeutung und den Erfolg der Solarfabrik der Zukunft, die beide Institutionen gemeinsam am Energie Campus Nürnberg betreiben“, ergänzt Brabec. Mit der Solarfabrik der Zukunft sei mit finanzieller Unterstützung des bayerischen Wirtschaftsministeriums eine einzigartige Prozessinfrastruktur geschaffen worden, mit der die Forschenden die technischen Entwicklungen und Durchbrüche im Rahmen der Innovationsplattform Solar TAP sehr effizient und rasch in die Industrie transferieren könnten, so Brabec weiter.