Organische Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad dank neuem Farbstoff-Molekül

Bei den untersuchten Farbstoffen handelt es sich um sogenannte chinoide Merocyanine. Eine ihrer Besonderheiten ist eine besonders große Bandweite. Wenn die Moleküle durch Sonnenlicht angeregt werden, nehmen sie dabei also besonders viel Energie auf. Das geschieht bei dem untersuchten Molekül im gerade noch sichtbaren Nahinfrarotbereich des Lichts, heißt es in einer Veröffentlichung auf nature.com. Laut Frank Ortmann, Professor für Theoretical Methods in Spectroscopy an der TUM, ermittelten die Forschenden mit spektroskopischen Messungen und Modellen eine Energiemenge von 1,33 Elektronenvolt. Das übertreffe die Werte organischer Halbleiter bei Weitem. Die Forschenden hoffen, auf dieser Basis eine organische Solarzelle mit besonders hohem Wirkungsgrad entwickeln zu können.

Organische Moleküle bilden „Autobahn“ für Sonnenenergie innerhalb der Solarzelle

Da die angeregten Farbstoffmoleküle – die Exzitonen – nur für kurze Zeit in diesem Zustand bleiben, müssen sie ihre Energie möglichst schnell an die Grenzflächen der Solarzelle abgeben. Von dort kann die Energie als elektrischer Strom abgegriffen werden. Auch das soll mit den speziellen Farbstoffmolekülen gut möglich sein. Anhand ihrer Modelle gehen die Forschenden davon aus, dass es in einer Solarzelle mit den besagten Farbstoffen einen stark gerichteten Transport der Exzitonen geben wird, heißt es in der Veröffentlichung. „Die organischen Farbstoff-Moleküle bilden sozusagen eine Autobahn“, sagt Ortmann. Diese grundlegend neuen Erkenntnisse könnten den Weg für einen gezielten, effizienteren Exzitontransport in organischen Feststoffen ebnen. Es ließen sich Moleküle entwickeln, die nicht nur sehr viel Sonnenenergie aufnehmen, sondern diese auch noch besonders effizient und in eine kontrollierbare Richtung weitergeben. Das könnte die Entwicklung leistungsfähigerer organischer Solarzellen oder organischer Leuchtdioden beschleunigen.

Organische Solarzellen haben den Vorteil, dass sie sich in dünnen Schichten auch auf flexible Strukturen aufbringen lassen. Vor allem sind sie bisher Gegenstand von Forschungsprojekten. Je nach eingesetztem Material und Anwendungsszenario kann der Wirkungsgrad stark variieren. In einem EU-Projekt gelang es, organische Solarzellen auf ein flexibles Kunststoffmaterial aufzubringen. Der Wirkungsgrad lag allerdings nur bei einem Prozent. Das Fraunhofer ISE hat in diesem Sommer mit organischer Photovoltaik hingegen einen Wirkungsgrad von 15,8 Prozent erreicht – allerdings nur mit einer 1 cm2 großen Laborzelle.

27.9.2023 | Quelle: TUM | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH