Kunststoff-Solarzellen Dienstag, 17.03.2015

Sogenannte organische Solarzellen auf Kunststoffbasis sind kostengünstig, flexibel und vielseitig einsetzbar.

Ihr Nachteil gegenüber den etablierten Silizium-Solarzellen ist ihre geringere Stromausbeute. Typischerweise setzen sie nur wenige Prozent des einfallenden Sonnenlichts in Elektrizität um. Dennoch sind organische Solarzellen bereits an vielen Stellen wirtschaftlich, und Forscher suchen nach neuen Wegen, die Energieausbeute zu erhöhen. Ein vielversprechender Weg ist die Beimischung von Nanopartikeln. So ließ sich zeigen, dass Gold-Nanopartikel zusätzliches Sonnenlicht absorbieren, das in der Solarzelle zusätzliche elektrische Ladungsträger erzeugt, wenn es von den Goldpartikeln wieder abgegeben wird.

Forscher von der Technischen Universität München (TUM) haben nun beobachtet, dass magnetische Nanopartikel die Leistung von Kunststoff-Solarzellen steigern können. Dazu sind Nanopartikel aus schweren Elementen nötig. Tatsächlich konnte Magnetit (Fe3O4)  den Wirkungsgrad der Solarzellen in einem Laborversuch um bis zu 11 Prozent erhöhen.

Die Beimischung von Nanopartikeln ist eine Routinetechnik, die sich in den verschiedenen Produktionsverfahren von organischen Solarzellen problemlos anwenden lässt. Wichtig ist jedoch, dass nicht zu viele Nanopartikel in die Solarzelle gemischt werden. Denn organische Solarzellen besitzen eine sorgfältig abgestimmte innere Struktur, bei der die lichtsammelnden aktiven Materialien mit optimalen Längenskalen gemischt sind, um die Ladungsträger-Paare möglichst effizient zu trennen. Werden sehr viele Nanopartikel in das Material der Solarzelle gemischt, verändert sich die Struktur des Materials. Den größten Effekt beobachteten die Wissenschaftler bei einer Dotierung mit 0,6 Gewichtsprozent Nanopartikeln. Die Effizienz der untersuchten Kunststoffsolarzelle stieg dabei von 3,05 Prozent auf 3,37 Prozent. Die Forscher erwarten, dass sich auch die Leistung anderer Kunststoff-Solarzellen durch die Dotierung mit Nanopartikeln weiter steigern lässt.

Bild: TU München / Kristalline Strukturen innerhalb einer organischen Solarzelle führen zu charakteristischen Streubildern in den Synchrotronstrahlungsexperimenten.

Quelle: Technische Universität München

 

Erstellt am 17. März 2015