Forschungszentrum Jülich verbessert organische Solarzellen

Bisherige Konzepte für organische Solarzellen basieren in der Regel auf sogenannten Fullerenen, die in einer aktiven Kunststoffschicht als Elektronenakzeptoren fungieren. Laut Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich haben diese Fullerene allerdings einige Nachteile: Sie seien nur schlecht in der Lage, sichtbares Licht aufzunehmen. Außerdem seien sie in der Herstellung noch verhältnismäßig energieintensiv und nicht besonders stabil.

Ein Forscherteam unter Leitung von Derya Baran, Photovoltaikforscherin am Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung und am Imperial College London, hat nun ein neues Material für organische Solarzellen vorstellt, das nicht die Schwachpunkte der bisher verwendeten Fullerene aufweist. Damit sollen sich Effizienz und Stabilität der Zellen steigern und gleichzeitige die Herstellungskosten senken lassen.

Das neue Material für die Elektronenakzeptoren bestehe aus drei verschiedenen Molekülen, so die Wissenschaftler. Die komplexe Dreifachmischung übertreffe in ihrer Leistung Mischungen mit nur einer Art von Akzeptormolekül. Zudem sei damit die Nutzung von stabileren Polymeren möglich, die ebenfalls günstig herzustellen seien. Ein weiterer Vorteil sei, dass organische Solarzellen mit dem neuen Material langwelliges Licht (rotes oder infrarotes Licht) besser umwandeln könnten. Die neuen Zellen erreichten daher einen Wirkungsgrad von 7,7 Prozent. Das sei deutlich höher als bei anderen organische Zellen. Bei Verwendung von komplexeren Polymeren könne der Wirkungsgrad außerdem noch auf bis zu elf Prozent gesteigert werden. Die Forschungsergebnisse wurden in zwei Studien in den Fachzeitschriften „Nature Materials“ und „Energy and Environmental Science“ veröffentlicht.

Einen neuen Wirkungsgradrekord stellen die Wissenschaftler mit ihrem neuen Ansatz allerdings noch nicht auf. Der HerstellerHeliatek meldete im Februardieses Jahres zum Beispiel, eine organische Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 13,2 Prozent entwickelt zu haben.

Organische Solarzellen wandeln Sonnenlicht mittels speziellen Kunststoffen in Strom um. Dabei erreichen sie noch nicht die Wirkungsgrade herkömmlicher, auf Halbleiterkristallen basierender Solarzellen. Die Technologie hat aber das Potential, die Solarstromerzeugung billiger zu machen, weil die verwendeten Kunststoffe günstig herzustellen sind. Außerdem können sich aus den flexiblen organische Solarzellen neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben, zum Beispiel transparente Solarmodule für Fensterflächen oder in Kleidung integrierte Photovoltaik. (Mirco Sieg)