„Solar Summit“-Konferenz 02.12.2011, 12:04 Uhr

Organische Photovoltaik (OPV) holt auf

Die vierte Freiburger „Solar Summit“-Konferenz widmete sich, neben einer Bestandsaufnahme der Photovoltaik, speziell der organischen Photovoltaik und ihren Lösungsansätzen für höhere Wirkungsgrade, Langzeitstabilität und kostengünstige Fertigung. Die Lebensdauer bleibt – neben einem höheren Wirkungsgrad – die große Herausforderung für die Entwickler.

„Viele Wege führen nach Rom.“ Hans-Martin Henning, Vorstand des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, sieht die Entwicklung der Solarenergie, trotz politischer Gegenwinde, gelassen und gesichert. Er macht ein Lernkurvenpotenzial für rapide Kostendegression aus: Die Verzehnfachung des Marktvolumens drückt dabei den Preis um rund die Hälfte.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)-Firmenlogo
Bauingenieur/in (m/w/d) Fachrichtung Tiefbau / Straßenbau Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)
Wetter (Ruhr) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Brandschutzbeauftragte*r mit Zusatzfunktionen Tram (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Planungsingenieur (w/m/d) Streckenplanung Die Autobahn GmbH des Bundes
Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Wärmepumpensysteme und Regelungen Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.
Großraum Hamburg Zum Job 
Landeshauptstadt München-Firmenlogo
Verkehrsingenieur*innen für die Verkehrswende (w/m/d) Landeshauptstadt München
München Zum Job 
Framatome-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) für nukleare Entsorgung Framatome
Karlstein am Main, Erlangen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Bauwerksprüfer (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Verfahrenstechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Technische Universität Graz-Firmenlogo
Universitätsprofessur für Nachhaltige Antriebssysteme und angewandte Thermodynamik (m/w/d) Technische Universität Graz
Graz (Österreich) Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Elektrotechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Lübeck Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
(Umwelt-)Ingenieur (w/m/d) für Boden, Abfall, Altlasten und Georisiken Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Fuest Familienstiftung-Firmenlogo
Bauzeichner, Bautechniker oder Innenarchitekt (m/w/d) Fuest Familienstiftung
Timm Technology GmbH-Firmenlogo
Sales Manager / Vertriebsingenieur (m/w/d) Timm Technology GmbH
Reinbek Zum Job 
Caljan GmbH-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Konstrukteur Sondermaschinenbau (m/w/d) Caljan GmbH
Halle (Westfalen) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
(Senior) Projektmanager*in Niederspannung (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur* Produktmanagement für Navigationsdienste DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Langen (Hessen) Zum Job 
VAHLE-Firmenlogo
Ingenieur Automatisierungs- und Steuerungstechnik (m/w/d) VAHLE
Kamen, Großraum Dortmund Zum Job 
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Patentingenieur (m/w/d) der Fachrichtung Physik und/oder Elektrotechnik mit der Möglichkeit zur Ausbildung zum "European Patent Attorney (m/w/d/)" Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Flugsicherungsingenieur (w/m/d) DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Europäischer Patentanwalt (m/w/d) der Fachrichtung Physik, Informatik, Elektrotechnik oder Nachrichtentechnik Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 

Die Fokussierung auf inkrementelle Fortschritte einer favorisierten Technologie wie der Photovoltaik wäre zu eng: „In Zukunft ist es wichtiger, neben den Kosten pro kWh auf den ganzheitlichen Wert zu schauen“, sagt Henning. Die nachhaltigen Energieformen sollten neben der Eindämmung des Klimawandels auch als langfristig diversifizierte Sicherungsstrategien der Primärenergieversorgung verstanden werden.

Organische Photovoltaik (OPV) ist eine junge Sparte der Mikroelektronik

Die historisch verlässliche Lernkurvencharakteristik gilt gerade für die organische Photovoltaik (OPV) als noch junge Sparte der Mikroelektronik. OPV eignet sich vor allem zur netzfreien Stromversorgung autonomer Verbraucher. Dazu zählen integrierte Photovoltaikanlagen für energieneutrale „Zero Energy“-Gebäude ebenso wie tragbare Datengeräte und Consumerprodukte. Dort kann sie, dank ihrer leichten und flexiblen Kunststoffsubstrate, strukturell günstig eingebettet werden.

Große Herausforderungen bestehen bei der hermetischen Verkapselung der Zellen gegen das Eindringen von atmosphärischem Sauerstoff, um eine praxiskonforme Langzeitstabilität zu erreichen. „Ohne Versiegelung“, sagt Uli Würfel vom Fraunhofer ISE, „ist die typische Lebensdauer einer Zelle gerade ein Tag. Um auf 1000 h zu kommen, muss man viele verschiedene Wege verfolgen.“ Das wäre gerade ein halbes Jahr. Ähnliche Anstrengungen gelten der seriellen Verschaltung der Zellen mit passablem Füllfaktor, ein wichtiges Maß für die Güte einer Solarzelle, das die Abweichung von einer Konstantstromquelle beschreibt.

Organische Photovoltaik (OPV) durch höhere Wirkungsgrade attraktiver machen

Zweiter Schwerpunkt der Entwicklungen ist ein höherer Wirkungsgrad. Er hat sich in den letzten fünf Jahren verdoppelt: auf aktuell ca. 8 % kommen Konarka, Heliatek, Solarmer und Mitsubishi. Eine 1,37 cm² große Zelle mit 9 % Wirkungsgrad und 69 % Füllfaktor kann Heliatek als letzte Errungenschaft vorweisen.

Die Entwickler setzen für ihre Neuentwicklungen auf neue Prinzipien. So bauen zum Beispiel Heliatek und Novaled auf die PIN-Struktur mit getrennt negativ und positiv dotierten Transportschichten über und unter der photoelektrisch aktiven Schicht. Andere Hersteller entwickeln komplexe Tandem- und Dreifachzellen, also Zellen mit mehreren aktiven Schichten. Dadurch verbreitert sich das Spektrum der Lichtabsorption.

In dieser Diskussion zeige sich, so Moritz Riede vom Institut für Angewandte Photophysik (iapp) der TU Dresden, die besondere Flexibilität der OPV beim Feintuning der Materialparameter.

Beim Feintuning der Materialparameter besonders flexibel: Organische Photovoltaik (OPV)

So kreist die Debatte im Moment um die Optimierung der Absorptionskurven und deren Nichtlinearitäten und Interferenzeffekte. Hier geht es etwa um den reflektierenden Zellhintergrund sowie die geeignete Dicke und Strukturierung der funktionalen Schichten einer Zelle.

Die wesentlichen Unterschiede zur etablierten anorganischen Siliziumtechnik bestehen im Absorptionsvorgang der eingestrahlten Photonen und im Leitungsmechanismus der dadurch gebildeten Exzitonen und deren Auftrennung in negative und positive Ladungsträger.

Daraus resultiert die funktionale OPV-Struktur mit Mischung oder Schichtung von Donor und Akzeptor. Dabei besteht die Donorphase aus einem Polymer oder einem Material mit „kleinen Molekülen“ (Porphyrin, Phtalocyanin), der Akzeptor aus Fulleren-Derivativen (C60).

Diese funktionale Schichtung wird entweder aus der Lösung aufgetragen oder gedruckt oder durch Aufdampfen im Vakuum (bei kleinen Molekülen) erstellt. Da verfolgt jeder Entwickler seine eigenen Ansätze der Materialauswahl und der molekularen Morphologie, mit speziellen Lösungen, Additiven, unterschiedlicher Deposition, Sinterung und Temperaturprofilen.

Als frontseitig lichtdurchlässige Anode fungiert bislang meist eine ITO-Beschichtung (Indium Tin Oxide) auf dem ebenfalls transparenten Substrat aus einer PET-Folie.

Es gibt jedoch einen starkem Trend zum Ersatz des teuren ITO durch fein strukturierte metallisch leitende Grids auf Plastik (PEDOT:PSS). Der Rückseitenkontakt besteht aus einem Metall, meist Aluminium. Invertierte Strukturen kehren diesen Aufbau um.

Alles deutet darauf hin, sagt Heliatek-Mitgründer Martin Pfeiffer, dass bis 2015 Zell-Wirkungsgrade von 12 % erreichbar sind, mit einer Stabilität von 90 % bei über 600 Betriebsstunden. Die Preisentwicklung prognostiziert er in Richtung 90 €/m2 aktiver Fläche – mit ähnlicher Kostendegression wie beim kristallinen Silizium.

Ein Beitrag von:

  • Werner Schulz

    Freier Fachjournalist in München. Schwerpunktthemen: Mikroelektronik, Solartechnik, Displaytechnologie.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.