Farbstoff- und Organische Solarzellen: Hohes Anwendungspotenzial in der Zukunft
Neben der Entwicklung herkömmlicher, meist auf dem Halbleitermaterial Silicium basierender Solarzellen wird seit einigen Jahren auch an neuen, innovativen Solartechnologien geforscht. Ein Beispiel für den Einsatz vollständig anderer Materialien mit einem hohen Kostensenkungspotenzial sind Farbstoff- und Organischen Solarzellen.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE präsentiert zusammen mit dem Freiburger Materialforschungszentrum FMF diese Technologie im Rahmen des Gemeinschaftsstandes des Landes Baden-Württemberg auf der Hannover Messe.
In der nanokristallinen Farbstoffsolarzelle wird Sonnenlicht - ähnlich wie bei der Photosynthese - mit Hilfe eines Farbstoffes in Energie umgewandelt. Fortschritte in der Nanotechnologie ermöglichten eine vielfach vergrößerte Lichtabsorption und führten so zu einer Effizienzsteigerung auf etwa 8%. Die Freiburger Forscher sehen in der Zukunft Wirkungsgrade bis 12% als möglich.
"Ein wesentlicher Vorteil der Farbstoffsolarzelle sind die im Prinzip preisgünstigen Ausgangsmaterialien sowie einfachste Herstellungsschritte", so Dr. Andreas Hinsch, Leiter der Arbeitsgruppe Farbstoff- und Organische Solarzellen am Fraun-hofer ISE. "Wenn es gelingt, die Farbstoffsolarzelle bis zur Serienreife zu entwickeln, wäre eine zusätzliche kostengünstige Möglichkeit der solaren Stromerzeugung gefunden."
Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten am Fraunhofer ISE stehen die Steigerung der Effizienz, die Fertigungstechnologie für großflächige Anwendungen, die Produzierbarkeit, die Entwicklung einer langzeitstabilen Versiegelung sowie der Ersatz des flüssigen Elektrolyten durch einen festen.
Organische Solarzellen stellen neben organischen Leuchtdioden und Transistoren einen Schwerpunkt auf dem vielversprechenden Forschungsgebiet der Polymerelektronik dar.
Vorteile organischer Materialien sind ihre mechanische Flexibilität und das langfristige Potenzial einer kostengünstigen Herstellung. Hieraus ergeben sich aller Voraussicht nach neue Anwendungsfelder für Solarzellen. Attraktiv für die Architektur sind organische Solarzellen beispielsweise, weil sie sowohl in die Gebäudeverglasung integriert als auch auf gewölbten Oberflächen angewandt werden können. Im wahrsten Sinne des Wortes anziehend sind die flexiblen Zellen möglicherweise auch für den Einsatz in funktionaler Kleidung. Weitere zahlreiche Möglichkeiten eröffnen sich im Kleingerätebereich. Auf längere Sicht ist jedoch auch der Einsatz als preiswerter solarer Stromerzeuger auf großen Flächen nicht ausgeschlossen.
Gegenwärtig beträgt der erreichte Wirkungsgrad von Organischen Solarzellen 3%. Mit der Entwicklung und Optimierung von Zellstrukturen haben sich die Forscher am Fraunhofer ISE eine Effizienzsteigerung zum Ziel gesetzt. "Wir versuchen, den Lichteinfang durch Aufprägen von Nanostrukturen zu erhöhen. Dabei können wir auf die langjährige Erfahrung des Instituts bei der großflächigen Nanostrukturierung von polymeren Materialien zurückgreifen", so Andreas Hinsch. Mit Hilfe holographischer Belichtungsverfahren stellen die Wissenschaftler am Fraunhofer ISE großflächige periodische Oberflächenstrukturen her, welche dann in einem kostengünstigen Prägeverfahren in die Polymerschicht der Solarzellen übertragen werden und zu einer verbesserten Absorption von Sonnenlicht führen.
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