Organische Solarzellen Ein Gramm Material pro Quadratmeter

Kommt die nächste Revolution in der Photovoltaik aus Sachsen? Möglich ist das schon. Bei Heliatek arbeiten über 50 Mitarbeiter daran, die Solarzellen leichter, billiger und flexibel zu machen. Die Produktion soll nächstes Jahr beginnen und schon jetzt baut niemand leistungsfähigere organische Solarzellen.

8,3 Prozent Wirkungsgrad klingt für eine Solarzelle nicht besonders viel. Trotzdem schafft das weltweit nur das Dresdner Start-up Heliatek. Zumindest bei den organischen Solarzellen.  Um wirklich konkurrenzfähig am Markt zu sein, muss es aber für viele Anwendungen noch etwas mehr sein. 10 Prozent Wirkungsgrad streben die Dresdner für die Zukunft an. Gerade wird die erste kleine Fertigungslinie in Dresden aufgebaut. Die Module, die im Rolle-zu-Rolle-Verfahren gefertigt werden sollen, sind dann immerhin 30 cm breit und über 1 m lang. Bisher gibt es nur 15 x 15 cm große Module aus der Laborfertigung. Die ersten marktreifen Produkte soll es dann 2012 geben.

Das 2006 mit 8 Mann gegründete Unternehmen kann ein großer Erfolg werden, wenngleich es natürlich noch Risiken hat. So ist es bei allen Start-ups. Beruhigend ist, dass seit 2007 große Investoren wie BASF, Bosch und der Risikokapitalgeber Wellington Partners hinter dem Unternehmen stehen. 2008 holten sich die Dresdner mit Geschäftsführer Dr. Andreas Rückemann noch einen erfahrenen Manager vom Chemie-Unternehmen Evonik an Bord. CTO und einer der Mitgründer ist Dr. Martin Pfeiffer, der bereits den Dresdner OLED-Hersteller Novaled mit aus der Taufe hob. Heute beschäftigt Heliatek mehr als 50 Mitarbeiter, ein kleiner Teil von ihnen auch am zweiten Standort in Ulm, wo die chemischen Ausgangsstoffe entwickelt werden.

Doch wohin wollen die Dresdner an einem hart umkämpften Markt, an dem sich mit kristallinen Solarzellen und der Dünnschicht-Zellen schon zwei Technologien etabliert haben? Im Rennen um den höchsten Wirkungsgrad hat die organische Photovoltaik keine Chance. Die kristallinen Solarzellen erreichen Werte, die mehr als doppelt so hoch sind. Die Messlatte liegt eher bei der Dünnschicht-Technik, wo Weltmarktführer First Solar derzeit 11,3 Prozent mit seinen Cadmium-Tellurid-Modulen erreicht.

Ein hoher Wirkungsgrad ist aber nur ein Kriterium, ob ein Unternehmen in der Photovoltaik Erfolg haben kann. Das wichtigste Kriterium in einer Branche, die sich derzeit einen ständig härter werdenden internationalen Preiskampf liefert, sind die Kosten. Hier kann Heliatek konkurrenzfähig zu Herstellern werden, die eine andere Technologie aber einen ähnlichem Wirkungsgrad erzielen. Die Produktionskosten sollen in der Massenfertigung einmal bei 40 Cent pro Wp (Watt Peak) liegen. Nach Jahren der Kostenoptimierung kam der weltweit günstigste Hersteller, First Solar, derzeit übrigens auf knapp 60 Cent.

Dass der Preis für die Herstellung – wohlgemerkt in Deutschland – so niedrig sein kann, hat einfache Gründe. Die auf ganz normale PET-Folie aufgedampfte organische Schicht ist nur 200 nm dick. Für ein 1 Quadratmeter großes Modul wird nur 1 Gramm organisches Ausgangsmaterial benötigt, wovon nach dem Prozess noch ein halbes Gramm auf dem Substrat übrig bleibt. Dieses Modul wiegt dann gerade einmal 500 g pro m².

Dabei werden auch die wichtigsten mechanischen Unterscheidungsmerkmale der organischen Solarzellen deutlich. Da das Trägersubstrat Folie ist, sind sie flexibel und können gebogen werden. Die dünnen organischen Schichten können zu einem Teil transparent sein, so dass sie noch 20 Prozent des Lichts durchlassen. So ließen sich etwa Fenster herstellen, die getönt aussehen und Strom erzeugen. Denkbar wäre das in Bürogebäuden. Die Leichtigkeit der Module ist bei Dächern interessant, die herkömmliche Solarmodule nicht tragen können.

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Die Heliatek-Zelle

Organische Solarzellen von Heliatek

Einen großen Markt sieht Heliatek allerdings nicht nur bei Scheiben für Bürogebäude, oder bei in Kleidung integrierter Photovoltaik, so genannter »Wearable Electronics«. Selbst bei Solarkraftanlagen, wie sie heute von den etablierten Solarherstellern ausgestattet werden, könnten langfristig Heliatek-Produkte zum Einsatz kommen. Mit den anderen Anwendungen soll der Martkteintritt geschafft werden.

Ein weiterer Umstand könnte in Zukunft vielleicht entscheidend sein: die Technik von Heliatek kommt ohne seltene und damit teure Elemente wie Indium oder Tellur aus, die in der Dünnschicht-Technik verbreitet sind. Die organischen Moleküle bestehen aus praktisch unendlich vorhandenen Elementen wie Kohlenstoff, Wasserstoff oder Schwefel. Die genaue Zusammensetzung ist selbstverständlich geheim.

Die Technik von Heliatek, die an der TU Dresden entwickelt wurde, ist neu. So verwendet das Unternehmen kleine Moleküle, wie sie auch zur OLED-Fertigung genutzt werden. Kein Wunder also, dass ein Teil des verwendeten Materials von Novaled kommen kann. Andere Unternehmen, die organische Solarzellen herstellen, verwenden Polymere dafür.

Direkte Konkurrenz bei der auf kleinen Molekülen basierenden organischen Photovoltaik hat Heliatek derzeit also nicht, zumindest ist keine bekannt. Sollten die Sachsen Erfolg haben, dürfte sich das schnell ändern.