Neue organische Solarzellen kommen ohne teures Indium aus
Organische Solarzellen sind zu teuer, zu ineffizient und sie halten nicht lange. Erlanger Forscher haben jetzt zumindest für eins dieser Problem einen Lösungsansatz gefunden: Mit neuartigen Elektroden sinken die Kosten.
Die organische Solarzelle ist extrem flexibel. Erste künftige Anwendungsgebiete sind energieautarke Systeme und die Stromversorgung mobiler Kleingeräte.
Foto: Fraunhofer ISE
Sie sind transparent oder beliebig einfärbbar. Man kann sie sogar biegen. Damit sind organische Solarzellen nicht nur Stromquellen, sondern auch optische Gestaltungselemente etwa für Fassaden. Doch ihre Haltbarkeit ist begrenzt, ihre Herstellung kostet zu viel und ihr Wirkungsgrad ist sehr niedrig.
An der Kostenschraube haben jetzt Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) gedreht. Sie haben neue Elektroden eingesetzt, die erheblich billiger sind als die, die bisher verwendet werden. Über die Elektroden werden die Elektronen, die die Lichtteilchen im Zellenmaterial aktivieren als elektrischer Strom ausgeschleust.
Heutige Elektroden enthalten das äußerst teure Indium. Bisher galt Indiumzinnoxid (ITO) als das einzige Material, das lichtdurchlässig und gleichzeitig ein guter elektrischer Leiter ist. Zudem muss das Solarzellenmaterial in einer Vakuumkammer mit ITO beschichtet werden, was die Produktionskosten wegen des hohen Energieverbrauchs zusätzlich erhöht.
Weltrekord beim Füllfaktor
Ein Team um FAU-Forscher Fei Guo hat die ITO-Schichten durch ein Gitternetz aus Silberdrähten ersetzt, die so fein sind, dass die Zellen nach wie vor vollkommen lichtdurchlässig erscheinen. Statt in einem teuren Vakuumprozess werden die Silberelektroden ebenso wie die übrigen Schichten, aus denen organische Solarzellen bestehen, einfach aufgedruckt. Mit einer von vielen Testzellen erreichten die Forscher einen Füllfaktor von 0,63, den höchsten bisher dokumentierten Wert für organische Solarzellen. Der Füllfaktor ist ein wesentlicher Kennwert für die Güte von Solarzellen. Für die, die es genauer wissen wollen: Er wird als Quotient aus der maximalen Leistung der Zelle und dem Produkt aus Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom errechnet. Der Füllfaktor ist immer kleiner als eins. Solarzellen aus Silizium kommen auf einen Wert von maximal 0,85.
Die Nanodrähte (ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter) haben noch einen weiteren Vorteil: Sie brechen weniger schnell als ITO. Aus diesem Grund glauben die FAU-Forscher, dass derart konstruierte Zellen in Laptoptaschen integriert werden können. Dann könnte der Akku des Rechners aufgeladen werden, während er in seiner Hülle steckt.
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