Waschmaschinenfeste organische Solarzelle mit 14,3 Prozent Wirkungsgrad

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von pv magazine Global

Forscher des Center for Emergent Matter Science (CEMS) am japanischen physikalisch-chemischen Forschungsinstitut Riken haben eine wasserdichte und flexible organische Solarzelle hergestellt, die für sogenannte tragbare Elektronik zum Beispiel in Kleidungsstücken verwendet werden kann.

Die Zelle besteht aus einer In-situ gewachsenen Schicht zum Transport von Elektronenlöchern, welche die Grenzflächenhaftung zwischen der aktiven Schicht und der Anode stärken soll. Die Anodenschicht, in diesem Fall eine Silberelektrode, wurde direkt auf die aktiven Schichten aufgebracht und dann einem thermischen Härtungsprozess unterzogen, bei dem sie 24 Stunden lang bei 85 Grad Celsius an der Luft gelagert wurde. Auf diese Weise wurde die Haftung zwischen den Schichten im Vergleich zu anderen Photovoltaik-Folien verbessert – eine wichtige Bedingung für die Wasserdichtigkeit der Verbindung. Mit dieser Methode habe das Team eine nur drei Mikrometer starke Folie herstellen können, berichtet Sixing Xiong, Erstautor der in Nature Communicationsveröffentlichten Studie (Waterproof and ultraflexible organic photovoltaics with improved interface adhesion).

Die Forscher verzeichneten für ihre Zelle einen Spitzenwirkungsgrad von 14,3 Prozent, was ihrer Studie zufolge „die bestehende wasserfeste organische Photovoltaik übertrifft“. Das Team testete die Zelle, indem es sie vier Stunden lang vollständig in Wasser tauchte, und ermittelte anschließend noch 89 Prozent der ursprünglichen Leistung. Nachdem die Folie 300-mal unter Wasser um 30 Prozent gedehnt wurde, behielt sie 96 Prozent ihrer Leistung.

Auch einen Waschmaschinenzyklus überstand die Zelle, was laut dem Forschungspapier für eine so dünne Verkapselungsschicht bisher noch nie berichtet wurde. „Selbst nach zwei Waschgängen von jeweils 66 Minuten war die Leistungsminderung auf nur zehn Prozent begrenzt“, so die Wissenschaftler. „Diese Art organischer Photovoltaik bietet bemerkenswerte Dehnbarkeit und Wasserfestigkeit selbst bei einer so dünnen Struktur, wodurch sie sich gut für tragbare Elektronik eignet“.

Kenjiro Fukuda, einer der Co-Autoren der Arbeit, sagte, das Team habe somit eine Methode entwickelt, die perspektivisch breiter eingesetzt werden könne: „Mit Blick auf die Zukunft planen wir, unsere ultradünnen organischen Solarzellen weiterzuentwickeln, sodass sie für wirklich alltagstaugliche tragbare Geräte verwendet werden können“: Hierzu müsste die Stabilität in anderen Bereichen verbessert werden, zum Beispiel „bei der Einwirkung von Luft, starkem Licht und mechanischer Belastung“.

Im Jahr 2022 hatte eine andere Forschungsgruppe des CEMS wärmeschrumpfende Polymere zur Laminierung organischer Solarzellen auf gekrümmten Oberflächen entwickelt. Eine „waschmaschinenfeste“ organische Solarzelle, allerdings mit weitaus geringerer Belastbarkeit und niedrigerem Wirkungsgrad, hatte das Riken gemeinsam mit der Universität Tokio zuerst 2017 vorgestellt.

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