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Photovoltaik

Weltrekord-Wirkungsgrad für organische Solarmodule

| Autor/ Redakteur: Anja Matern-Lang* / Christian Lüttmann

Ein Leistungssprung bei organischen Solarmodulen gelang Forschern aus Erlangen und Nürnberg. Sie haben die alte Bestmarke im Wirkungsgrad um fast ein Drittel übertroffen. Organische Module sind besonders wegen ihrer höheren Flexibilität interessant, auch wenn sie leistungsbezogen noch hinter Siliziummodulen zurückliegen.

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Dr. Andreas Distler (ZAE Bayern) mit dem organischen Rekord-Solarmodul in der Solarfabrik der Zukunft. Im Hintergrund die Pilotlinie für gedruckte Dünnschichtphotovoltaik.
Dr. Andreas Distler (ZAE Bayern) mit dem organischen Rekord-Solarmodul in der Solarfabrik der Zukunft. Im Hintergrund die Pilotlinie für gedruckte Dünnschichtphotovoltaik.
(Bild: ZAE Bayern/Kurt Fuchs)

Nürnberg, Erlangen – Ein Forscherteam aus Nürnberg und Erlangen hat nach eigenen Angaben eine neue Bestmarke für die Umwandlungseffizienz von organischen Photovoltaikmodulen (OPV) gesetzt. Auf einer Fläche von 26 Quadratzentimetern erzielten sie einen Wirkungsgrad von 12,6 Prozent. Damit übertreffen sie den bisherigen Höchstwert von 9,7 Prozent um beinahe ein Drittel.

Der neu aufgestellte Weltrekord für ein organisches Photovoltaikmodul wurde durch eine zertifizierte kalibrierte Messung unter Standardprüfbedingungen im unabhängigen Zertifizierungslabor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE im September 2019 bestätigt.

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Organische Solarzellen für flexibleren Einsatz

Organische Solarzellen bestehen zumeist aus zwei verschiedenen organischen Komponenten, die die erforderlichen Halbleitereigenschaften mit sich bringen. Im Unterschied zum herkömmlich verwendeten Silizium, das energieintensiv aus der Schmelze gezogen wird, können organische Halbleiter aus einer Lösung heraus direkt auf eine Trägerfolie oder einen Glasträger aufgebracht werden. Zum einen verringert das die Herstellungskosten, zum anderen ermöglicht die Verwendung biegsamer, leichter Materialien neue Anwendungen, etwa in mobilen Geräten oder Kleidung. Allerdings ist die Effizienz bisher noch nicht mit der klassischer Siliziumsolarzellen vergleichbar.

Laserstrukturierung ermöglicht Rekordmodul

Konstruktionsbedingt liegt die Effizienz kompletter Photovoltaikmodule immer etwas niedriger als die der einzelnen Zelle. Ein Teil der Modulfläche ist zum Beispiel immer inaktiv, da dieser Bereich zur Verschaltung der Einzelzellen verwendet wird. Mit zunehmender Fläche des Moduls wachsen auch die Verluste durch den elektrischen Widerstand der Elektroden.

Das Rekordmodul besteht aus zwölf in Reihe geschalteten Zellen und verfügt über einen geometrischen Füllfaktor von über 95 Prozent. Dieser Anteil der Modulfläche trägt aktiv zur Stromerzeugung bei. Bezogen auf die aktive Fläche erzielt es sogar einen Wirkungsgrad von 13,2 Prozent. Die Minimierung inaktiver Flächen gelang mittels hochauflösender Laserstrukturierung, wie sie in den vergangenen Jahren in der „Solarfabrik der Zukunft“, einer Forschungsgruppe des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung (ZAE), entwickelt und optimiert wurde.

Skalierter Erfolg der Solartechnik

Der nun erzielte Wirkungsgrad stellt einen wichtigen Schritt bei der Verbesserung organischer Solarzellen dar. „Dieser Meilenstein in der Forschung an organischen Halbleitern zeigt, dass die jüngsten Leistungsentwicklungen mit zertifizierten Zellwirkungsgraden von über 16 Prozent nicht auf den Labormaßstab beschränkt sind, sondern bereits bis auf Modul- und Prototypenebene skaliert werden können“, sagt Prof. Christoph Brabec von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), der zudem Direktor am Helmholtz-Institut für Erneuerbare Energien (HI ERN) ist sowie wissenschaftlicher Leiter der Solarfabrik der Zukunft, einer Forschungsgruppe des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung (ZAE).

* A. Matern-Lang, Bayerisches Zentrum für angewandte Energieforschung (ZAE Bayern), 97074 Würzburg

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