EU-Projekt verspricht kommerzielle organische Solarzellen

Ein neues von der Europäischen Kommission finanziertes Forschungsprojekt könnte organische Solarzellen der Kommerzialisierung näher bringen.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat kürzlich die Gründung des von der Europäischen Kommission mit 3,5 Millionen Euro geförderten Projekts „MatHero“ bekannt gegeben. Ziel des vom KIT koordinierten Projekts ist es, die organische Photovoltaik auf eine Stufe mit Silizium-, Dünnschicht- und anderen anorganischen PV-Technologien zu bringen, mit dem Endziel, ein umweltfreundliches gedrucktes organisches Solarmodul für netzunabhängige Anwendungen zu entwickeln.

Organische Solarzellen sind leicht, flexibel und können in verschiedenen Farben hergestellt werden, sodass sie auf eine Weise individuell gestaltet werden können, die mit herkömmlichen Photovoltaiktechnologien einfach nicht möglich ist. Aufgrund dieser Vorteile können organische Solarzellentechnologien neue Märkte für die Photovoltaik erschließen, wenn sie erfolgreich kommerzialisiert werden können.

Einige Aspekte organischer Solarzellen machen sie tatsächlich für die Produktion in großem Maßstab geeignet. Beispielsweise lassen sich organische PV-Zellen mit energie- und ressourceneffizienten Druckverfahren herstellen, was geringere Kosten und höhere Produktionsmengen verspricht. Damit organische Solarzellen jedoch mit etablierten PV-Technologien konkurrieren können, müssen Wissenschaftler höhere Wirkungsgrade und kostengünstigere Produktionsmethoden nachweisen und vor allem die Zuverlässigkeit der Zellen verbessern, um sie langlebiger zu machen.

Bildquelle: Andreas Pütz / Karlsruher Institut für Technologie

Obwohl die jüngsten Fortschritte in der Technologie dazu geführt haben, dass die Energieumwandlungseffizienz von organischen PV-Geräten im Labormaßstab die 10-Prozent-Marke überschritten hat, ist sie immer noch viel niedriger als die Effizienz, die etablierte Technologien in der kommerziellen Produktion routinemäßig bieten (14–20 %). Da organische Zellen größtenteils aus Chemikalien hergestellt werden, ist es außerdem wichtig, die mit der Synthese der Materialien verbundenen Kosten und Umweltauswirkungen zu reduzieren, um sicherzustellen, dass die Technologie auf den Markt gelangt.

Darüber hinaus erschwert die Art der zur Herstellung der meisten organischen PV-Zellen verwendeten Chemie die Herstellung langlebiger Geräte. Beispielsweise zersetzen sich typische organische PV-Zellen im Labormaßstab innerhalb weniger hundert Stunden, obwohl Lebensdauern von einigen tausend Stunden (weniger als einem Jahr) erreicht wurden und Forscher glauben, dass zukünftige Fortschritte bei der Verpackung zu Lebensdauern von 3 bis 20 Jahren führen könnten die Zukunft. Im Gegensatz dazu haben kommerzielle Solarmodule in der Regel eine Garantie von 25 Jahren und verfügen über umfangreiche Feldtestdaten, die den Anspruch auf Zuverlässigkeit untermauern.

Das Projekt „MatHero“ zielt darauf ab, diese Probleme anzugehen, indem ein multidisziplinäres Konsortium aus Physikern, Chemikern, Materialwissenschaftlern und Ingenieuren geschaffen wird, das an verschiedenen Technologie- und Produktentwicklungsaspekten forscht. Dies umfasst alle Aspekte der Herstellung organischer Solarzellen vom Design und der Produktion der für die Zellherstellung verwendeten Polymervorläufer über die Verpackung und Charakterisierung der Module bis hin zur Bewertung der Gerätestabilität.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Entwicklung umweltfreundlicher chemischer Prozesse für Materialsynthese, Beschichtungs- und Drucktechnologien. Dr. Alexander Colsmann vom KIT erklärt: „Der Einsatz umweltfreundlicher Lösungsmittel ist eine wesentliche Voraussetzung zur Kostenreduzierung, da aufwändige Sicherheitsmaßnahmen im industriellen Maßstab nicht mehr erforderlich sind.“

Wenn es dem Projekt gelingt, seine Ziele einer höheren Effizienz, geringeren Produktionskosten und einer längeren Lebensdauer zu erreichen, könnte die organische PV-Technologie früher als erwartet auf den Markt kommen.

Bildquelle oben: Alexander Colsmann / Karlsruher Institut für Technologie