Drei in einem

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Ziel des im Rahmen der Initiative „Organische Photovoltaik“ ins Leben gerufenen BMBF-Projekts ist es, die drei traditionell verschiedenen Ansätze bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie zu einem gemeinsamen Konzept einer organischen Hybridsolarzelle zusammenzuführen. Experten versprechen sich davon niedrigere Herstellungskosten als bei den bisher üblichen Solarzellen und hinsichtlich der Anwendung in zahlreichen Gegenständen des Alltags eine große Produktvielfalt.

In der organischen Photovoltaik, also der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, mittels photoaktiver Kohlenwasserstoffverbindungen, werden traditionell drei Konzepte verfolgt. Dies sind zum einen Mehrschichtsysteme aus aufgedampften kleinen Molekülen, Zellen auf der Grundlage von löslichen halbleitenden Kunststoffen sowie Solarzellen mit farbstoffsensibilisierten porösen Schichten. In der Region Brandenburg-Berlin werden diese unterschiedlichen Konzepte am Institut für Physik und Astronomie der Universität Potsdam, amHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, amFraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung Potsdam-Golm sowie amMax-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung Potsdam-Golm erforscht. Ziel des kürzlich gestarteten Forschungsverbundes „Selbstorganisation in organischen Hybridsolarzellen – SOHyb“ ist es nun, diese Varianten in ein gemeinsames Konzept der Herstellung einer organischen Hybridsolarzelle einzubringen. Langfristig soll damit eine neue Grundlage für einfach herstellbare Schichtsysteme mit hohem Potenzial für die kostengünstige Fertigung im industriellen Maßstab entwickelt werden. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der selbstorganisierten Nanostrukturierung der Schichten.

In den vergangen Jahren wurden organische Halbleiter, wie Farbstoffe oder photoaktive Polymere, für verschiedene opto-elektronische Anwendungen entwickelt und optimiert. Unter anderem wurde ihre Eignung als photoaktive Schichten für die Herstellung von Solarzellen intensiv erforscht. Aufgrund der erwarteten niedrigen Kosten und der potentiellen Produktvielfalt werden organischen Solarzellen sehr gute Perspektiven bescheinigt. Solche Zellen eröffnen neue Anwendungsfelder, die mit anorganischen, aus Silizium bestehenden Solarzellen nur schwer zu realisieren sind. Von besonderem Interesse ist der Einsatz in Fenstern, Lamellenjalousien mit Photovoltaik-Funktion oder Strom produzierenden Gerätegehäusen oder Textilien.

Effiziente Solarzellen lassen sich mit organischen Materialien nur aufbauen, wenn ein Elektronenspender mit einem Elektronenempfänger kombiniert wird. Bei Bestrahlung mit Licht erfolgt ein so genannter „photoinduzierter Elektronentransfer“ vom Spender zum Empfänger. Dieses Elektron kann nach außen abgeführt werden. In aktuellen Forschungsprojekten wird nun versucht, diese Materialien zu Zellen mit sehr hohen Wirkungsgraden zu kombinieren.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb der Initiative „Organische Photovoltaik“ dreieinhalb Jahre lang mit insgesamt drei Millionen Euro finanziell unterstützt. (William Vorsatz)