Organische Solarzellen

Zusammen mit einem internationalen Team von Wissenschaftlern haben Forscher am Forschungszentrum Jülich neuartige organische Solarzellen mit gesteigerter Energieausbeute entwickelt.


Diese nutzen Materialien aus speziellen Molekülen, die eine Reihe von Vorteilen bieten: Sie absorbieren Licht besser, sind stabiler und kostengünstiger herzustellen als die bisher verwendeten Werkstoffe.   
Organische Solarzellen nutzen keine herkömmlichen Halbleiterkristalle, sondern spezielle Kohlenwasserstoffverbindungen, also Kunststoffe. Von der Leistung her sind diese Plastiksolarzellen dem Silizium noch unterlegen, doch sie können flexibel sein und eröffnen eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten und Anwendungen: etwa transparente Solarmodule in Fensterflächen oder in Kleidung integrierte Stromerzeuger, wie Ladegeräte für Handys.Die in organischen Solarmodulen verwendeten leitfähigen Moleküle können Photonen sehr gut aufnehmen – deshalb genügen schon Schichtdicken von etwa 100 Nanometern. Um jedoch einen Stromfluss zu gewährleisten, müssen die durch das Licht freigesetzten Elektronen auch aus dem Material extrahiert werden. Dazu wird es angereichert mit sogenannten Fullerenen, die als Elektronenakzeptoren fungieren, allerdings  nur schlecht in der Lage sind, sichtbares Licht aufzunehmen. Deshalb suchen Forscher nach Alternativen. Forscher aus Jülich und London haben nun neue Materialen für organische Solarzellen vorgestellt – ohne Fullerene. Mit ihnen lassen sich Effizienz und Stabilität der Zellen steigern, bei gleichzeitiger Senkung der Herstellungskosten. Das neue Solarzellenmaterial besteht aus drei verschiedenen Molekülen. Die komplexe Dreifachmischung aus einem Polymer und zwei kleinen Molekülen als Elektronenakzeptoren übertrifft in ihrer Leistung Mischungen mit nur einer Art von Akzeptormolekül. Darüber hinaus erlauben die verwendeten Moleküle die Nutzung von stabileren Polymeren. Der Wirkungsgrad von Solarzellen aus dem neuen Material übertrifft mit 7,7 Prozent den von Fullerene-haltigen Zellen mit dem gleichen Polymer und lässt sich bei Verwendung von komplexeren Polymeren auf bis zu 11 Prozent steigern.

Bild: FZ-Jülich – Photovoltaik, eine unerschöpfliche Energiequelle, kann auch auf sehr dünnen organischen Kunststoff-Folien aufbauen. Die Entwicklung steht jedoch erst am Anfang. Forscher am Forschungszentrum Jülich entwickeln hierfür neue Baustoffe.

11.1.17

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