Jenseits der herkömmlichen Lichtausbeute

Einen wichtigen Schritt in Richtung noch effizientere Solarzellen haben Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) unter Federführung des FAU-Doktoranden Nicola Gasparini am Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie) unternommen. Den Forschern gelang es, den sogenannten Füllfaktor, der die Effizienz einer Solarzelle beschreibt, auf 77 Prozent zu erhöhen und damit die Lichtausbeute zu steigern. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler jetzt in der Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlicht.*

„Weil die Effizienz einer organischen Solarzelle proportional zum Füllfaktor ist, war es unser Ziel, den Füllfaktor zu erhöhen und über die bisher übliche Lichternte hinauszugehen“, erläutert Nicola Gasparini.

Das generelle Ziel ist es dabei, organische Solarzellen in der Photovoltaik als konkurrenzfähige Alternative zu fossilen Energieträgern zu entwickeln, so dass herkömmliche Siliziumzellen ersetzt werden können.

Bislang ist der Füllfaktor, der die Güte bzw. den Wirkungsgrad einer Solarzelle beschreibt, jedoch noch relativ unerforscht. Je näher der Füllfaktor an den Wert 100 Prozent heranrückt, desto höher ist der Wirkungsgrad einer Solarzelle. „Wir haben 77 Prozent erreicht. Das ist ein sehr hoher Wert. Einen ähnlichen Effizienz-Faktor konnte bisher nur mit Siliziumzellen erreicht werden.“

Wie Siliziumzellen wandeln auch organische Solarzellen Licht in Strom um. Doch gegenüber Siliziumzellen, die oft in Photovoltaikanlagen auf Hausdächern zu finden sind, bestehen organische Solarzellen aus speziellen halbleiterbasierten Polymeren sowie sogenannten Fullerenen, kohlenstoffbasierten Nanokügelchen, die aussehen wie ein Fußball.

Um die Lichtabsorption in organischen Solarzellen zu steigern, entwickelten Nicola Gasparini und seine Kollegen um Prof. Dr. Christoph Brabec vom Lehrstuhl für Materialien der Elektronik und der Energietechnologie eine Neukombination von mehreren Polymeren.

Mit diesen wird das Sonnenlicht vollständig absorbiert. Den Forschern ist es erstmals gelungen, dank der Materialkombination nicht nur eine vollständige Absorption zu erreichen, sondern gleichzeitig auch die Verluste zu verringern.

Diese hocheffizienten organischen Solarzellen eröffnen speziell in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, in der hohe Effizienz und die Reduzierung von Gewicht eine wichtige Rolle spielen, neue Märkte.

*http://dx.doi.org/10.1038/nenergy.2016.118

Weitere Informationen:
M.Sc. Nicola Gasparini
Tel.: 09131/85-27730
nicola.gasparini@fau.de