Flexible und günstige Sonnenlichtsammler

Nicht nur für Fernseher, auch für Photovoltaik ist organische Elektronik interessant – insbesondere im Hinblick auf die Energiewende. Die Dresdner Initiative „Organische p-i-n Bauelemente“ sucht nach der perfekten Solarzelle aus Kunststoff.

Die Effizienz von herkömmlichen Photovoltaikanlagen liegt bei circa 20 Prozent. Das heißt, 20 Prozent des Sonnenlichtes werden absorbiert und in Strom umgewandelt. Die besten organischen Solarzellen schaffen bereits 14 Prozent. Sie sind außerdem viel günstiger herzustellen, da sie hauptsächlich aus Kunststoff bestehen, und dadurch auch leichter und flexibler sind. Organische Solarzellen können durchsichtig sein und in allen denkbaren Farben produziert werden. Selbst in Fenster oder Dachziegel lassen sie sich integrieren, ohne dass man sie wahrnimmt. So können sie großflächig installiert und ihre geringere Effizienz auf diese Weise kompensiert werden. Für Architekten ist das sicher interessant, da konventionelle, dunkle Photovoltaikplatten an Bauwerken nicht unbedingt eine Zierde sind. Außerdem werden herkömmliche Solarzellen aus Rohstoffen produziert, und die sind rar und teuer. Dazu gehören Indium oder Gallium. Problematisch ist auch das Recycling.

Nahaufnahme einer organischen Solarzelle

Eine der organischen Solarzellen, die Koen Vandewals Team entwickelt und erprobt.

Bernhard Siegmund, IAPP Dresden

Mehr Spannung – höhere Effizienz

Stiftungsprofessor Koen Vandewal und seine Forschungsgruppe an der Technischen Universität Dresden untersuchen deshalb, wie organische Solarzellen effizienter werden können, um sie in großem Maßstab in der Praxis anzuwenden. Da es diverse Kunststoffe gibt, aus denen die Zellen hergestellt werden können, ist Vandewals Team auf der Suche nach dem perfekten Material. Zu der interdisziplinären Arbeitsgruppe gehören neben Physikern und Ingenieuren auch Chemiker, die bereits diverse Kunststoffe hergestellt haben, die dann von den Physikern getestet wurden. Dafür haben sie neuartige Charakterisierungstechniken entwickelt. Eine grundlegende Herausforderung bei organischen Solarzellen sind Spannungsverluste. Um diese zu vermeiden, haben die Dresdner Wissenschaftler die Fläche zwischen Donor und Akzeptor verringert. Dieses Gemisch ist die Kunststoff-Schicht, die zwischen zwei Elektroden liegt. Ist deren Grenzfläche sehr klein, kann der Transfer der Ladungsträger nach der Absorption des Sonnenlichtes sehr schnell gehen. Auf diese Weise haben die Wissenschaftler bereits Spannungsverluste reduzieren können.

IAPP Dresden

Das Labor am Institut für Angewandte Photophysik der TU Dresden, in dem die organischen Solarzellen untersucht und hergestellt werden.

IAPP Dresden

Flächendeckender Einsatz

Gemeinsam mit ihren Dresdner Partnerunternehmen und Stiftern Novaled GmbH und Heliatek GmbH wollen Vandewal und sein Team die grundlegenden Funktionsweisen der organischen Solarzellen weiter untersuchen und so verbessern, dass sie flächendeckend auf den Markt kommen. Sowohl Bauwerke, als auch Elektro-Autos könnten künftig damit ausgestattet werden. Damit leisten die Dresdner einen wichtigen Beitrag, um die Nutzung regenerativer Energien voranzutreiben.