Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Meilenstein in der gedruckten Photovoltaik-Technologie

nächste Meldung

Im Rennen um effiziente Solartechnologien der Zukunft als tragfähige Alternative zu fossilen Energieträgern haben Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) rund um den renommierten Photovoltaik-Forscher und Materialwissenschaftler Prof. Dr. Christoph Brabec einen Meilenstein gesetzt.

Bild: Panthermedia/Elena Elisseeva

Quelle: FAU

Gemeinsam mit Kooperationspartnern des Londoner Imperial College und der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) erforschten sie ein neues Molekül, aufgrund dessen organische Solarzellen eine deutlich längere Lebensdauer erreichen – bei gleichzeitig verbessertem Wirkungsgrad.

Den Wissenschaftlern ist es gelungen, in der neuen Solartechnologie jene Faktoren miteinander zu vereinen, die auf dem Energiemarkt wichtig sind, um nachhaltig Energie zu erzeugen: Modulwirkungsgrad, Lebensdauer und Kosten pro Watt. Ihre Ergebnisse haben sie jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.*

Sie sind hauchdünn, biegsam und lichtdurchlässig, werden in Fensterglas integriert oder setzen als sanft geschwungene großflächige Lichtobjekte in der Architektur gestalterische Akzente: Organische Solarzellen gelten in der Photovoltaik als konkurrenzfähige Alternative zu herkömmlichen Siliziumzellen.

Anders als die Siliziumzellen, die häufig in Photovoltaikanlagen auf Hausdächern verbaut sind, bestehen organische Solarzellen aus speziellen halbleiterbasierten Polymeren sowie sogenannten Fullerenen, kohlenstoffbasierten Nanokügelchen, die aussehen wie ein Fußball. Aufgrund des Einsatzes von Fullerenen erreichen die Lichtzellen zwar einen hohen Wirkungsgrad. Doch einem Langzeiteinsatz von zum Beispiel 30 Jahren halten sie nicht stand: „Die Umweltstabilität solcher Solarzellen reicht noch nicht aus“, sagt Prof. Dr. Christoph Brabec, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie).

Nun vollzieht sich ein Paradigmenwechsel. Denn FAU-Forschern rund um Brabec und dem Materialwissenschaftler und FAU-Doktoranden Nicola Gasparini ist es gelungen, eine Alternative für Fullerene aufzuzeigen. „Wir haben ein neues organisches Molekül erforscht, das nicht auf Fullerenen basiert. Unter den für die Photovoltaik wichtigen sogenannten Akzeptoren stellt es eine völlig neue Klasse an Funktionalität dar“, erläutert Christoph Brabec. Während Fullerene nur ganz wenig Licht absorbieren, punktet das erforschte Molekül mit der Umwandlung von sehr viel Licht.

Je mehr Sonnenlicht absorbiert wird, desto höher ist die Effizienz. „Dies ist der Aufbruch der internationalen Forscherwelt, mit Hilfe neuer Zell-Technologien Fullerene generell zu ersetzen und damit die Solarstrom-Gestehungskosten zu senken.“ Auf diese Weise werde, so Brabec, bei der Energieerzeugung die Photovoltaik als konkurrenzfähige Alternative zu fossilen Energieträgern gestärkt. Unter Stromgestehungskosten fallen alle Kosten, die nötig sind, um zum Beispiel Sonnenenergie in elektrischen Strom umzuwandeln.

In der jetzt veröffentlichten Studie weisen die Wissenschaftler – bezogen auf das spezielle neue Polymer – eine Rekordstabilität und Rekordeffizienz des neu entwickelten synthetischen Materials nach. „Wir haben eine deutlich erhöhte Umweltstabilität an Luft, aber auch bei hohen Temperaturen von bis zu 140 Grad gemessen“, erläutert Brabec. „Und wir erwarten, aufgrund dieser Materialien stabile Solarzellen mit über zehn Prozent Wirkungsgrad erreichen zu können.“

Nicht zuletzt gestaltet sich der Prozess, die neuen organischen Materialien zu drucken, kostengünstiger. Statt teure Halbleitertechnologien zu nutzen, werden die Photovoltaikelemente, die aus dünnen Kunststoffträgern bestehen, vom Band gefertigt, also beschichtet und gedruckt. Die Solarfolien können außerdem mit unterschiedlichen Farbtönen hergestellt werden. Davon profitieren zum Beispiel Architekten, indem sie die Farbgestaltung ästhetisch anspruchsvoller Lösungen relativ frei wählen können, oder Automobilentwickler, um die speziellen organischen Solarzellen etwa in Glasdächern von Kraftfahrzeugen zu verbauen. Zahlreiche neue Optimierungsmöglichkeiten und Anwendungsfelder eröffnen sich aber auch für die chemische Industrie.

Im Bereich der Solarenergie-Forschung ist den FAU-Wissenschaftler also ein entscheidender Schritt gelungen. „Die neuen Erkenntnisse unterstreichen den hohen Anspruch und das Niveau von FAU-Wissenschaftlern, die in Erlangen interdisziplinär zusammenarbeiten“, sagt Christoph Brabec. „Der wesentliche Meilenstein bei der Entwicklung von Photovoltaik-Technologien der nächsten Generation bestätigt die hochkarätige Forschungskompetenz.“ Die neuartigen Solarmodule wurden in enger Kooperation mit Dr. Derya Baran vom Londoner Imperial College entwickelt, die nach ihrer Promotion an der FAU dorthin wechselte. Weitere Partner sind die King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi-Arabien, und die Stanford University, USA.

*doi: 10.1038/NCOMMS11585

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Christoph J. Brabec
christoph.brabec@fau.de
Tel.: 09131/85-25426

Dr. Susanne Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fau.de/

nächste Meldung

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...