Organische Solarzellen sollen effizienter, langlebiger und preiswerter werden

Durch die steigenden Preise für fossile Energieträger sind regenerative Energien wieder neu ins Zentrum des Interesses gerückt. Die Photovoltaik, also die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie, ist eine besonders attraktive Form regenerativer Energieversorgung; allerdings ist sie trotz langjähriger Forschung und Entwicklung noch wesentlich zu teuer.

Solarzellen auf der Basis von kristallinem Silizium haben nur ein begrenztes Kostenreduktionspotenzial. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat jetzt ein neues Schwerpunktprojekt genehmigt, das am Institut für Angewandte Photophysik der TU Dresden koordiniert wird, und das die elementare Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Organischen Photovoltaik ab 2008 bundesweit zusammenführen soll. So kann die Entwicklung effektiverer und langlebiger Solarzellen auf der Basis organischer Halbleiterfilme deutlich beschleunigt werden.

Die Forschungsziele erklärt Prof. Karl Leo, Direktor des Instituts für Angewandte Photophysik der TU Dresden und designierter Koordinator des neuen Projekts, so: „Organische Solarzellen könnten im Prinzip extrem preisgünstig sein: die organische Schicht ist nur 100 Nanometer dick, das Material vergleichsweise preisgünstig, und die Abscheideverfahren kann man bei Raumtemperatur effizient durchführen. Trotzdem sind wir von einer breiten Anwendung noch weit entfernt, da ihr Wirkungsgrad mit 5% noch viel zu niedrig ist. Auch an der Lebensdauer müssen wir arbeiten; hier ist eine Steigerung um mehr als eine Größenordnung notwendig. Unsere ersten Ansätze werden eine Analyse der grundlegenden elektro- und photochemischen Prozesse sein. Notwendig ist die Entwicklung einer konsistenten theoretischen Beschreibung aller ablaufenden Prozesse. Dann müssen wir uns natürlich der Langzeitstabilität widmen; unsere Erfahrungen mit organischen Leuchtdioden (OLEDs) haben gezeigt, dass bestimmte Zerstörungsprozesse an den inneren Grenzflächen der Zellen eine wesentliche Rolle bei der Alterung der Bauelemente spielen. Aber auch die Verbesserung der Lichteinkopplung, unter anderem durch neue, mikrostrukturierte Solarzellenarchitekturen, wird ein Thema sein.“

Einzigartig ist dabei wohl die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit der beteiligten Institute der Fachrichtungen Physik, Chemie, Materialwissenschaften und Elektrotechnik. So können die Forschungsanstrengungen von Anfang an gebündelt werden. Unterstützung erhält Prof. Leo zusätzlich durch den Erfinder der organischen Solarzelle, Prof. Ching W. Tang, der als Humboldt-Preisträger zeitweise am Institut in Dresden arbeitet. Sicherlich stimulierend sind auch die parallelen Erfolge auf dem Gebiet organischer Leuchtdioden: hier gelang es bereits, von einer Laborkuriosität mit einer in Minuten gemessenen Lebensdauer zu einem fertigen Produkt zu gelangen und damit das Potenzial organischer Halbleiter zu demonstrieren. Die Entwicklung der neuen organischen Solarzellen profitiert vielfach von der bereits geleisteten Forschungsarbeit bei der Entwicklung von OLEDs, etwa in der Beschichtungstechnologie.

Längerfristig denkt Prof. Leo an einen breiten Einsatz der organischen Solarzellen: „Die organische Halbleiterschicht ist ja extrem dünn – ein menschliches Haar ist etwa 300 Mal dicker. Vorstellbar wären flexible Kunststofffolien als Trägermaterial für große Solarsegel oder hauchdünne Solarzellen, die beispielsweise in die Kleidung integriert werden können. Aber das ist vorerst Zukunftsmusik – jetzt müssen wir erst einmal systematisch Grundlagen für eine erfolgreiche Weiterentwicklung der organischen Solarzellen schaffen.“ Innerhalb des Schwerpunktprojekts stellt die DFG dafür nun bis 2014 jedes Jahr über 2,3 Mio. Euro zur Verfügung.

Informationen für Journalisten: Prof. Karl Leo, Tel. 0351 463-37533, E-Mail: karl.leo@iapp.de