Suchen

Solarzellen Organische Solarzellen auf dem Prüfstand

| Autor / Redakteur: Das Gespräch führte LABORPRAXIS-Chefredakteur Marc Platthaus / Dr. Ilka Ottleben

Welche Rückschlüsse sich aus der Live-Beobachtung verschleißender organischer Solarzellen ziehen lassen, erläutert Christoph Schaffer vom Lehrstuhl funktionelle Materialien an der TU München im LABORPRAXIS-Interview.

Firmen zum Thema

(Bild: Andreas Heddergott/TU München)

LABORPRAXIS: Herr Schaffer, was sind organische Solarzellen und welche Vor- und Nachteile zeigen sie gegenüber herkömmlichen Siliziumzellen?

Christoph Schaffer: Die Bezeichnung „organisch“ kommt aus der Chemie und bedeutet zunächst nur, dass anstelle von Silizium kohlenstoffbasierte Materialien verwendet werden, um Licht in Strom zu verwandeln. Dies können zum Beispiel neuartige dünne Plastik-Mischfilme sein. Das hat weitreichende Konsequenzen, denn es gibt eine Vielzahl solcher Materialien mit sehr interessanten Eigenschaften. Im Gegensatz zu Siliziumsolarzellen können damit beispielsweise biegbare Solarzellen mittels etablierter Druckverfahren kostengünstig und großflächig auf flexiblen Folien hergestellt werden. Sogar transparente und farbige Solarzellen sind dabei möglich. Damit erschließen solche Solarzellen ganz neue Einsatzgebiete beispielsweise als architektonisches Element in Hochhausfassaden und -Fensterfronten oder aber als stromerzeugender „Autolack“ – die Fantasie hat hier freien Lauf. Mit Wirkungsgraden von mittlerweile über 12% werden organische Solarzellen ihr Pendant aus Silizium zwar nicht unbedingt ersetzen, jedoch ist dies wegen des vielseitigen Einsatzspektrums auch gar nicht beabsichtigt. Der wesentliche Nachteil ist deshalb nicht die geringere Effizienz, sondern die relativ kurze Lebensdauer organischer Photovoltaik, die momentan typischerweise bei einigen Tausend Betriebsstunden liegt. Um die zu verlängern, müssen wir aber erst einmal verstehen, wie solche organischen Solarzellen altern. Einige Aspekte wie Oxidation sind dabei zwar schon sehr gut verstanden, manche entziehen sich einem vollen Verständnis bisweilen aber auch noch sehr erfolgreich. Zum letzteren gehört auch die Frage, wie die innere Struktur und deren zeitliche Änderung der stromerzeugenden Schicht genau aussehen und wie sich diese auf die Leistungsfähigkeit und das Alterungsverhalten auswirken.

LABORPRAXIS: Mithilfe der Röntgenlichtquelle PETRA III konnte am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) das Verschleißen organischer Solarzellen erstmals live beobachtet werden. Wie sind Sie hierbei vorgegangen?

Schaffer: Die von uns vermessene organische Solarzelle war sehr luftempfindlich, denn für die Untersuchung wäre eine Verkapselung der Zelle hinderlich gewesen. Daher verwendeten wir eine selbstgebaute Messzelle, in der die Solarzelle unter Vakuum mit dem scharf fokussierten Röntgenstrahl von PETRA III auf ihre Struktur untersucht werden konnte, während sie gleichzeitig mit künstlichem Sonnenlicht beleuchtet und elektrisch vermessen wurde. Auf diese Weise konnten wir während des gesamten siebenstündigen Experimentes einen Datensatz über die Entwicklung der inneren Struktur der stromerzeugenden Kunststoff-Fulleren-Mischschicht und ihrer photovoltaischen Eigenschaften aufnehmen. Ähnlich wie Licht mit einer bestimmten Farbe an einer CD unter einem bestimmten, von der CD-Struktur abhängigen Winkel abgelenkt wird, wird an der aktiven Schicht das Röntgenlicht in verschiedene Richtungen gestreut, je nachdem wie die Struktur der Schicht beschaffen ist.

(ID:42475016)