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Forschungsdurchbruch Organische Solarzellen nun deutlich effizienter und haltbarer

Von Manuel Christa 1 min Lesedauer

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Finnische Wissenschaftler haben einen entscheidenden Fortschritt bei organischen Solarzellen erzielt, der Effizienz und Lebensdauer deutlich erhöht.

Ein kommerziell erhältliches flexibles Modul einer polymeren organischen Solarzelle.(Bild: Armin Kübelbeck / CC BY-SA )
Ein kommerziell erhältliches flexibles Modul einer polymeren organischen Solarzelle.
(Bild: Armin Kübelbeck / CC BY-SA )

Ein Team der Åbo Akademi University in Finnland entdeckten einen bislang unbekannten Verlustmechanismus, der die Effizienz und Stabilität dieser Zellen beeinträchtigte. Mit einer speziellen Lösung konnten sie den Wirkungsgrad erheblich steigern und die Betriebsdauer signifikant verlängern.

Das Problem lag in der Interaktion zwischen dem unteren Kontaktmaterial – meist Zinkoxid – und der aktiven Schicht der Solarzelle. Diese erzeugte eine schmale Rekombinationszone, die Photostromverluste verursachte. Durch das Auftragen einer ultradünnen Schicht aus Siliziumoxidnitrid (SiOxNy) wurde diese Rekombinationszone beseitigt.

Das Ergebnis: Eine Effizienzsteigerung auf über 18 Prozent und eine prognostizierte Lebensdauer von über 16 Jahren. Diese Werte wurden in Langzeittests mit einer Bestrahlungsdauer von 24.700 Stunden unter simuliertem Sonnenlicht bestätigt.

Neue Anwendungen für Solarzellen im Weltraum

Auch die Weltraumtauglichkeit organischer Solarzellen wird zunehmend untersucht. Ein Forschungsteam der University of Michigan testete die Strahlungsresistenz verschiedener Zelltypen unter simulierten Weltraumbedingungen. Dabei zeigte sich, dass Zellen aus kleinen Molekülspezies besonders robust gegenüber Protonenstrahlung waren. Sie behielten nach dreijähriger Bestrahlung nahezu ihre volle Leistung. Im Gegensatz dazu verloren polymerbasierte Zellen etwa 50 Prozent ihrer Effizienz.

Die amerikanischen Wissenschaftler vermuten, dass Protonen chemische Bindungen in den Seitenketten der Polymere zerstören und dadurch Elektronenfallen erzeugen, die den Stromfluss behindern. Sie arbeiten an einer thermischen Heilungsmethode, um diese Defekte zu beheben und die Widerstandsfähigkeit der Zellen zu erhöhen. Diese Forschungsergebnisse könnten den Weg für langlebige, flexible und strahlungsresistente Solarzellen ebnen, die für Raumfahrtmissionen geeignet sind.

Vielseitige Perspektiven für organische Solarzellen

Organische Solarzellen bieten durch ihre Leichtigkeit, Flexibilität und kostengünstige Produktion zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Siliziumzellen. Dank der neuesten Fortschritte bei Effizienz und Stabilität könnten sie nicht nur auf der Erde eine größere Verbreitung finden, sondern auch für spezielle Anwendungen im Weltraum eine tragende Rolle spielen. (mc)

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