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Elektronenfallen bremsen organische Solartechnik aus

Organische Solarfolie von Heliatek Dresden. Foto: Heiko Weckbrodt

Organische Solarfolie von Heliatek Dresden. Foto: Heiko Weckbrodt

TU Chemnitz sieht hohe Leistungsverluste vor allem durch Transportwiderstand

Chemnitz/Dresden, 25. Juli 2022. Viele winzige Elektronenfallen sind wesentlich mitschuld daran, dass organische Solarzellen immer noch nicht den Wirkungsgrad klassischer Sonnenstromsammler aus Silizium erreicht haben – und dadurch ein Marktdurchbruch weiter auf sich warten lässt. Das haben Physiker der TU Chemnitz (TUC) in einer Studie gemeinsam mit Kollegen aus Bayern, der Schweiz, Großbritannien und den USA ermittelt. Demnach fangen diese Fallen viele langsame Elektronen ein, verhindern eine ausreichende Füllung des Solarzellen mit Ladungsträgern und sorgen letztlich für einen zu großen Transportwiderstand.

„Leistungsbegrenzender Mechanismus“

„Eines der wichtigsten Ergebnisse unserer Studie ist, dass der Transportwiderstand ein dominanter leistungsbegrenzender Mechanismus in modernen organischen Solarzellen ist, den es zu beheben gilt“, betonte Prof. Carsten Deibel von der TUC. „Selbst frisch prozessierte Photovoltaik-Bauelemente zeigen diesen Verlust, der bereits durch eine leichte Unterdrückung der Fallenbildung überwunden werden könnte.“ An der Studie beteiligt waren neben der Uni Chemnitz auch die Unis Bayreuth, Bern, Erlangen-Nürnberg und Durham sowie das „Advanced Light Source Berkeley Lab“ aus den USA.

Hochburg der organischen Elektronik

Sachsen gilt als ein wichtiges Zentrum der organischen Elektronik. Vor allem die TU Dresden, aber auch weitere Institute und Unternehmen haben vor allem seit den 1990er Jahren wegweisende Erfolge bei der Verbesserung organischer Leuchtdioden (Oled), organische Solarzellen (OPV) und organischer Schaltkreise erzielt. Zu den Pionieren auf diesen Sektoren gehören unter anderem Heliatek und Novaled in Dresden.

Zum Hintergrund: Organische Solarzellen sind leichter, dünner und biegsamer als klassische starre Photovoltaik aus Silizium. Dadurch lassen sie sich auch auf gewölbten Flächen wie Autokarosserien anbringen und auch dort anbringen, wo Silizium-Module statische Probleme aufwerfen würden. Zudem verweisen ihre Befürworter auf die bessere Umweltbilanz der organischen Strukturen: Laut TUC verbraucht die Siliziumzucht und die Solarmodul-Produktion auf deren Basis soviel Wärme- und sonstige Energie, dass solche Zellen oft erst nach fünf Jahren die bei ihrer Herstellung verbrauchte Energie wieder „hereingeholt“ haben. Der Energieaufwand bei der Produktion von organischen Solarzellen ist demgegenüber deutlich geringer. Ein geringerer Wirkungsgrad, niedrige Produktionsausbeuten und Alterungsprozesse haben bisher aber verhindert, dass sich diese Technologie breit durchsetzt.

Autor: hw

Quellen: TUC, Oiger-Archiv

Wissenschaftliche Veröffentlichung:

Wöpke, C., Göhler, C., Saladina, M. et al. Traps and transport resistance are the next frontiers for stable non-fullerene acceptor solar cells. Nat Commun 13, 3786 (2022), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31326-z