Solarzellen Strom aus Plastik

Den derzeitigen Weltrekord-Füllfaktor von 64 % für flexible organische Solarzellen erreichten das Team um Dr. Uli Würfel mit einem Modul invers aufgebauter organischer Solarzellen.

Das Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) und das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE arbeiten gemeinsam daran organische Solarzellen zu verbessern. Das Team um Dr. Uli Würfel steigerte nun den Füllfaktor auf Weltbestwert.

Der Füllfaktor ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal, das neben dem Kurzschlussstrom und der offenen Klemmenspannung die Effizienz der Solarzelle und damit die Energieausbeute bestimmt. Mit dem Ziel, leichte und flexible Solarzellen zu entwickeln, forscht das FMF an leitfähigen Kunststoffen für den Einsatz in organischen Solarzellen. Damit ist es in Zukunft möglich, neben der Versorgung mobiler Kleingeräte auch Rollos und Markisen mit einer dünnen, Strom erzeugenden Folie zu versehen und so neue Anwendungsgebiete zu erschließen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen, bereits auf dem Markt etablierten Solarzellen nutzen organische Solarzellen für die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie organische Materialien wie z.B. Polymere. Neben dem Wirkungsgrad ist vor allem auch der Herstellungspreis ein wichtiges Kriterium. Hier bietet die organische Photovoltaik ein enormes Potenzial, Kosten zu senken. Dies liegt zum einen daran, dass die verwendeten organischen Materialien sehr starke Absorber sind, das heißt es reicht bereits eine extrem dünne Schicht zum absorbieren des Sonnenlichts aus. Organische Solarzellen haben folglich einen niedrigen Materialverbrauch und lassen sich im äußerst effizienten Rolle-zu-Rolle-Produktionsverfahren herstellen.

Mit dem für die photoaktive Schicht eingesetzten Materialsystem werden auf kleinen Flächen üblicherweise Wirkungsgrade von etwas mehr als 3 % erreicht. Mit einem Modul-Wirkungsgrad von 2,5 % auf einer aktiven Fläche von mehr als 25 cm2 konnten die Forscher um Dr. Uli Würfel die elektrische Serienverschaltung einzelner organischer Solarzellen erfolgreich demonstrieren. Damit erreichten sie einen Füllfaktor von 64 % - den derzeit weltweit höchsten Füllfaktor für flexible organische Solarmodule. Das in Freiburg entwickelte organischen Solarzellenmodul bietet aufgrund des invertierten Aufbaus einen weiteren Kostenvorteil: Es kommt ohne die sonst übliche, transparente und kostspielige Indium-Zinnoxid-Elektrode (ITO) aus.

Die bislang im Labor gefertigten Module bestehen aus elf in Serie geschalteten organischen Solarzellen und liefern eine Spannung von 6,5 V. Als Prototypen im Rahmen eines Forschungsprojekts dienen sie zur Versorgung eines energieautarken Sensorsystems, das in Kleidung integriert werden soll. Das Sensorsystem soll verschiedene Sensoren zur Erfassung von Umwelt- und physiologischen Parametern aufnehmen können. Die Forschungsarbeiten zur organischen Photovoltaik am FMF werden gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie die Fraunhofer-Gesellschaft (FhG).