Die Forschung zu organischen Solarzellen hat in den letzten Jahren an Dynamik gewonnen, insbesondere an der Technischen Universität Chemnitz, wo ein Team unter der Leitung von Prof. Dr. Carsten Deibel intensiv daran arbeitet, die Effizienz dieser Technologien zu steigern. Der Fokus liegt hierbei auf dem Verständnis langsamer Ladungsträger, die für einen signifikanten Transportwiderstand verantwortlich sind. Dieses Phänomen beeinträchtigt sowohl den Füllfaktor als auch die Gesamleistung der Solarzellen. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten werden in renommierten Fachzeitschriften wie „Reports on Progress in Physics“ und „Advanced Energy Materials“ veröffentlicht, um der wissenschaftlichen Gemeinschaft neue Erkenntnisse zur Verfügung zu stellen.
Die interdisziplinäre Zusammenarbeit ist ein wesentlicher Bestandteil dieses Fortschritts. Im Rahmen der DFG-Forschergruppe „Gedruckte & stabile organische Photovoltaik mit Nicht-Fullerenakzeptoren – POPULAR“ haben Experten aus mehreren deutschen und britischen Universitäten an Projekten gearbeitet, die mit rund fünf Millionen Euro gefördert werden. Ziel dieser Gruppe ist es, organische Solarzellen für die Massenproduktion zu verbessern und zu optimieren.
Die Rolle organischer Solarzellen
Organische Solarzellen, die aus einheitlichen organischen Chemikalien, insbesondere Kohlenwasserstoff-Verbindungen wie Kunststoffen bestehen, bieten einige Vorteile gegenüber konventionellen Technologien. Im August 2018 betrug ihr Wirkungsgrad 17,3 %, was zwar niedriger ist als der von anorganischen Solarzellen, jedoch durch kostengünstige und vielseitige Herstellungsverfahren auffällt. Die ersten organischen Solarzellen wurden bereits 1985 von Ching W. Tang entwickelt und setzen bis heute auf konjugierte Polymere sowie Fulleren in ihren Schichten.
Eine der großen Herausforderungen besteht in der langsamen Bewegung der Ladungsträger. Diese Probleme können durch die Verwendung eines Donator-Akzeptor-Systems umgangen werden, das schnellen Ladungstransfer ermöglicht. Die aktive Schicht dieser Zellen wird auf eine transparente, leitfähige Elektrode aufgebracht, die die Lichtabsorption maximiert, während eine Metallelektrode die gesammelten Ladungsträger auf der anderen Seite der Schicht abnimmt.
Innovationen und Herausforderungen
Zusätzlich zur Forschung an der TU Chemnitz verfolgen Institutionen wie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme innovative Ansätze zur Herstellung organischer Solarzellen. Sie arbeiten an billigeren und umweltfreundlicheren Materialien, die für die kommerzielle Nutzung erschwinglich sind. Die Entwicklung von flexiblen, leichten Transparentzellen könnte bahnbrechende Anwendungsfelder eröffnen, beispielsweise als integrierte Lösungen in Fensteranlagen oder Agrarschutzfolien, die sowohl Schutz bieten als auch zur Energieerzeugung beitragen.
Obwohl die organische Photovoltaik in den letzten Jahren Fortschritte gemacht hat, bleibt die Langzeitstabilität einer der Haupthindernisse für ihren kommerziellen Durchbruch. Firmen wie Heliatek wurden gegründet, um diese Technologien in die Massenproduktion zu bringen, jedoch sind noch Entwicklungen notwendig, um die Lebensdauer und Effizienz dieser Zellen im Sonnenlicht zu optimieren. Die Schaffung eines stabilen Marktumfelds für organische Solarzellen erfordert nicht nur technologische Verbesserungen, sondern auch wirtschaftliche Strategien zur Kostenreduktion.
Aktuelle Entwicklungen zeigen, dass Lebendigkeit und Innovationsgeist im Bereich der organischen Solarenergie fortwährend an Bedeutung gewinnen. Forschungsprojekte und Unternehmen sind bestrebt, die Herausforderungen zu meistern und so die Vorteile dieser Technologie für eine breitere Anwendung zu realisieren.
