Die Vision von Prof. M. Thelakkat, Professor für Angewandte Funktionspolymere an der Universität Bayreuth, ist revolutionär: In 10 bis 20 Jahren sollen Halbleiter-Plastikfolien, die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln, für wenig Geld im Baumarkt erhältlich sein. Durch eine verbesserte Effizienz soll diese Photovoltaik-Technologie der nächsten Generation auf Basis von druckbaren Polymersolarzellen eine kostengünstige und großflächige Versorgung mit Sonnenenergie ermöglichen. Im internationalen Forschungsvorhaben "LARGECELLS" forschen unter der Leitung von Prof. Thelakkat vier akademische Partner und ein KMU aus Dänemark, den Niederlanden und Israel, sowie ein Konsortium aus indischen Wissenschaftlern an Large-area Organic and Hybrid Solar Cells.
Fossile Brennstoffe werden immer knapper. Um die klimaschädliche Kohlendioxidbelastung zu reduzieren, brauchen wir erneuerbare Energiequellen. Hier spielt die Photovoltaik zur Erzeugung elektrischer Energie eine wichtige Rolle. Allerdings erfordert die Produktion starrer, anorganischer Photovoltaik-Elemente aus reinem Silizium einen hohen Energie- und Kostenaufwand. Eine Alternative stellt die organische Photovoltaik (OPV) dar, die auf Polymeren basiert. Diese "Plastiksolarzellen" sind günstig und energieeffizient zu produzieren sowie flexibel einsetzbar, allerdings scheitert ihre großflächige Anwendung bis dato an ihrer vergleichsweise niedrigen Effizienz. Wenig erforscht sind bislang auch die Langzeitstabilität und Degradationsmechanismen polymerer Solarzellen, was ihren praktischen Einsatz erschwert.
Das "LARGECELLS"-Projekt hat sich daher zum Ziel gesetzt, neue geeignete polymere Funktionsmaterialien für organische Photovoltaikzellen zu synthetisieren, um eine Verdoppelung der heute erreichbaren Effizienz zu erzielen. Hierzu wird das Potenzial sowohl von rein organischen Systemen als auch von Hybridmaterialien aus anorganischen und organischen Halbleitern erforscht. Konkrete Ziele sind die Entwicklung von Materialien mit verbesserter Bandlücke und optimierten Donor-Akzeptor-Systemen. Dafür wird die Morphologie der polymeren Schichten für die Photovoltaikzellen entsprechend angepasst. Die vielversprechendsten Materialien werden für ihre großflächige Anwendung in neuen, hochmodernen Herstellungsverfahren auf Basis von Roll-to-Roll-Prozessen weiter entwickelt. Die dänische Firma Mekoprint zeichnet für die technologische Realisierung des Projekts verantwortlich.
Die Stabilität und Degradationsmechanismen der neuen Solarzellen werden in der Negev-Wüste (Israel) und in Indien durch In- und Outdoor-Tests mittels beschleunigter Alterungsverfahren untersucht. Die Ergebnisse dieser unter realen Betriebsbedingungen stattfindenden Tests werden bei der weiteren Entwicklung optimierter Trägermaterialien berücksichtigt.
"Der Energiebedarf ist weltweit enorm, insbesondere in Schwellenländern, die sich zurzeit rasch zu großen Industrienationen entwickeln", sagt Prof. Thelakkat. "Gefragt sind kostengünstige, umweltfreundliche Lösungen, die überall und flexibel einsetzbar sind, und Sonnenenergie auch da zur Verfügung stellen, wo die Infrastruktur Mängel aufweist. Diese Anforderungen kann die organische Photovoltaik erfüllen. Voraussetzung ist eine deutliche Verbesserung ihrer Effizienz und Langzeitstabilität, was wir mit unserer Forschungsarbeit erreichen möchten."
Quelle: Bayerische Forschungsallianz GmbH
