Wissenschaftler:innen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE und des Materialforschungszentrums FMF der Universität Freiburg konnten ihren im September 2020 verkündeten Rekordwirkungsgrad für eine 1 Quadratzentimeter große, organische Solarzelle verbessern. Die neue Solarzelle stellt mit einem Wirkungsgrad von 15,8 Prozent erneut den Weltrekord in dieser Kategorie auf. Für eine 9 Quadratzentimeter große, organische Solarzelle hatte das Fraunhofer ISE 2021 einen Rekordwirkungsgrad von 13,9 Prozent erreicht.

Rekordwirkungsgrad für organische Solarzelle durch Anti-Reflexionsbeschichtung

Uli Würfel, Abteilungsleiter Organische und Perowskit-Photovoltaik am Fraunhofer ISE und Gruppenleiter am Materialforschungszentrum FMF der Uni Freiburg leitet die Forschung an den organischen Solarzellen: „Die Verbesserung bei der Rekord-Solarzelle haben wir ganz wesentlich durch den Einsatz einer Anti-Reflexionsbeschichtung erreicht, wodurch mehr Licht in der photoaktiven Schicht der Zelle absorbiert und somit ein höherer Strom generiert wird“, sagt Würfel.

Das für die Beschichtung notwendige Dünnschichtsystem stellen die Forscher:innen mit einem Sputterverfahren her. Dieses haben Kolleg:innen einer anderen Abteilung am Fraunhofer ISE entwickelt. „Das themenübergreifende Arbeiten ist die große Stärke des Fraunhofer ISE“, sagt Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE. „Die Forschung an unterschiedlichen Photovoltaiktechnologien und ihren jeweiligen Herstellungsprozessen inspirieren sich gegenseitig.“

Neben der Verringerung der Oberflächenreflexion entwickelt das Fraunhofer ISE mit diesem Beschichtungsverfahren auch Elektroden für semitransparente organische Solarzellen. Diese bestehen aus einer photoaktiven, organischen Schicht, aufgebracht auf einer Rückelektrode, die das sichtbare Licht durchlässt und gleichzeitig das Nahinfrarot-Licht zurück in die Solarzelle wirft. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts „Durchblick-PV – Entwicklung von organischen Solarmodulen mit hoher visueller Transparenz“ forschen die Wissenschaftler:innen daran, sowohl für die Absorberschicht als auch für die beiden Elektrodenmaterialen mit hoher Transparenz für sichtbares Licht einzusetzen.

Organische Photovoltaik bietet viel Potenzial

Organische Solarzellen haben laut Fraunhofer ISE viele Vorteile. Denn man kann sie ohne Verwendung von Schwermetallen und anderen kritischen Elementen hergestellen. Zudem haben sie ein geringes Gewicht, sind mechanisch flexibel, lassen sich sehr gut integrieren, und sie haben auch bei semitransparenter Bauart ein homogenes Erscheinungsbild. Durch Auswahl organischer Halbleiter, die ausschließlich infrarotes Licht absorbieren, kann man transparente Solarzellen für Fenster und Agrarschutzfolien oder Gewächshausgläser entwickeln. Mit solchen Solarzellen kan man verschiedene Nutzen wie Schutz gegen Unwetter und Überhitzung mit einer relevanten Stromerzeugung verbinden. Bis zur Produktreife dieser organischen Photovoltaik gilt es nach Einschätzung der Forscher:innen des Fraunhofer ISE allerdings noch einige wichtige Entwicklungsschritte erfolgreich zu bestreiten.

18.7.2023 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH