Rekordwirkungsgrad für organische Solarzellen
Herkömmliche Solarzellen auf Siliziumbasis verursachen am Ende ihrer Lebensdauer Umweltprobleme. Ihr Recycling ist teuer und riskant aufgrund der enthaltenen Substanzen. Alternativen wie Perowskit-Solarzellen, obwohl leistungsfähig, enthalten ebenfalls giftige Komponenten.
Wissenschaftler wenden sich nachhaltigeren Lösungen zu, wie vollständig organischen Solarzellen. Diese enthalten keine Schwermetalle und können gefahrlos verbrannt werden. Bislang war ihre Effizienz jedoch auf etwa 4% begrenzt, weit unter den Branchenstandards.
Ein internationales Team hat nun einen bedeutenden Durchbruch erzielt. Durch Verwendung einer neuartigen Elektrode und einer innovativen Laminierungstechnik erreichten sie einen Wirkungsgrad von 8,7%. Diese Leistung, mehr als doppelt so hoch wie bei früheren Modellen, ebnet den Weg für praktische Anwendungen.
Eine Hauptschwierigkeit bestand in der Herstellung transparenter Elektroden ohne Beschädigung der darunterliegenden Schichten. Die Forscher überwanden dies durch Entwicklung einer PEDOT:PSS-Elektrode, die bei niedrigen Temperaturen hergestellt wird. Dieser Ansatz bewahrt die Integrität der organischen Filme.
Eine weitere Schlüsselinnovation ist das Laminierungsverfahren mit Kohlenstoffnanoröhren-Elektroden. Diese Technik ermöglicht das Hinzufügen von Schichten ohne Beeinträchtigung der bestehenden. Kombiniert führten diese Fortschritte zu Rekordleistungen für organische Solarzellen.
Diese organischen Solarzellen könnten in sensiblen Bereichen wie der Landwirtschaft oder tragbaren Geräten Anwendung finden. Ihr geringes Gewicht und ihre Flexibilität machen sie ideal für Installationen, wo herkömmliche Module ungeeignet wären. Die Forscher streben nun weitere Verbesserungen der Leitfähigkeit an.
Diese in Advanced Functional Materials veröffentlichte Studie markiert einen wichtigen Schritt hin zu saubereren erneuerbaren Energien. Organische Solarzellen könnten somit eine Schlüsselrolle in der Energiewende spielen, indem sie eine nachhaltige Alternative zu aktuellen Technologien bieten.
Wie funktionieren organische Solarzellen?
Organische Solarzellen nutzen kohlenstoffbasierte Materialien zur Umwandlung von Licht in Elektrizität. Im Gegensatz zu Siliziumzellen basieren sie nicht auf anorganischen Halbleitern. Dieser Unterschied ermöglicht eine flexiblere und potenziell kostengünstigere Herstellung.
Der Umwandlungsprozess beruht auf der Absorption von Photonen durch organische Materialien, wodurch Elektron-Loch-Paare entstehen. Diese Ladungen werden dann durch Elektroden getrennt und gesammelt, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Die Effizienz dieses Prozesses hängt stark von den Eigenschaften der verwendeten Materialien ab.
Zu den Vorteilen gehören das geringe Gewicht und die Möglichkeit, Zellen auf flexiblen Substraten herzustellen. Allerdings bleiben die Stabilität und Lebensdauer organischer Materialien Hürden für eine breite Anwendung.
Was ist PEDOT:PSS und warum ist es wichtig?
PEDOT:PSS ist ein transparentes leitfähiges Polymer, das weit verbreitet in elektronischen Bauteilen eingesetzt wird. Seine einzigartige Kombination aus elektrischer Leitfähigkeit und optischer Transparenz macht es ideal für Elektroden organischer Solarzellen.
Anders als traditionelle Metalle kann PEDOT:PSS bei niedrigen Temperaturen aufgebracht werden, was für empfindliche organische Substrate entscheidend ist. Seine Herstellung erfordert keine aggressiven Chemikalien, was die Umweltbelastung reduziert.
Trotz seiner Vorteile weist PEDOT:PSS Grenzen in Leitfähigkeit und Langzeitstabilität auf. Aktuelle Forschung zielt darauf ab, diese Aspekte zu verbessern, um noch höhere Leistungen in Solaranwendungen zu ermöglichen.