Forschern ist es erstmals gelungen, eine organische Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von fast zehn Prozent herzustellen. Der Hintergrund: ein neuartiges Elektroden‑ und Laminationsverfahren.
Organische Solarzellen bestehen komplett aus Kohlenstoffverbindungen und kommen ohne Schwermetalle oder andere problematische Materialien aus. Das sind sie deutlich umweltfreundlicher als herkömmliche Silizium- oder Perowskit-Zellen. Der Grund: Diese enthalten oft giftige Stoffe wie Blei oder andere Metalle, die beim Recycling ein Problem darstellen.
Organische Solarzellen lassen sich hingegen ähnlich wie Kunststoffe entsorgen. Ein Beispiel ist die Verbrennung, bei der keine schädlichen Rückstände zurückbleiben. Bisher galt aber eine unausgesprochene Regel: je umweltfreundlicher der Aufbau einer Solarzelle, desto schlechter die Leistung.
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Die Energieausbeute organischer Zellen lag meist etwa bei rund vier Prozent. Zum Vergleich: Siliziumzellen schaffen mehr als 27 Prozent. Ein Grund ist, dass geeignete Materialien für die leitenden Schichten fehlen. Entweder waren sie nicht leitfähig genug oder sie mussten mit Chemikalien behandelt werden, die das empfindliche Material der Zellen beschädigten.
Organische Solarzelle: Neue Lösungen für bessere Leistung
Ein internationales Forschungsteam löste nun zwei zentrale Probleme. Denn die Wissenschaftler haben zum einen eine transparente Elektrode auf Basis von PEDOT:PSS entwickelt. Dabei handelt es sich um ein leitfähiges Polymer, das sich bei niedrigen Temperaturen verarbeiten lässt. Dadurch bleiben die empfindlichen Schichten darunter unversehrt.
Zum anderen setzen die Forscher eine neue Technik zum Laminieren ein. Dabei wird die obere Elektrodenschicht auf eine Trägerfolie aufgebracht und dann auf die Solarzelle übertragen, ohne dass Flüssigkeiten oder Hitze die unteren Schichten angreifen.
Mit dieser Kombination konnten die Wissenschaftler die Leistung ihrer neuen organischen Solarzellen eigenen Angaben zufolge auf 8,7 Prozent steigern. Das ist mehr als doppelt so viel wie bei bisherigen Modellen. Damit könnte die Technologie für praktische Anwendungen interessant werden.
Nachhaltig und vielseitig einsetzbar
Weil sie leicht, flexibel und frei von Schadstoffen sind, eignen sich organische Solarzellen besonders gut für den Einsatz an Orten, an denen herkömmliche Module nicht praktikabel sind. Das kann auf Kleidung, in tragbaren Geräten oder auch auf landwirtschaftlichen Flächen sein.
Für einen solchen Einsatz eignen sich jedoch transparente und organische Module. Diese lassen sie sich außerdem relativ einfach und kostengünstig produzieren, ganz ohne teure Vakuumtechnik oder giftige Materialien. Die Entwicklung könnte ein großer Schritt in Richtung einer nachhaltigeren und vielseitigeren Solarenergie sein – und das ohne Kompromisse bei der Umweltfreundlichkeit.
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