Freiburg. Organische Solarzellen stehen für eine noch junge Technologie der Solarstromerzeugung. An ihrer Optimierung arbeitet das Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) in enger Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE). Dem Forschungsteam um Uli Würfel ist es jetzt gelungen, den weltweit besten Wert beim Füllfaktor für flexible organische Solarzellen zu erzielen. Der Füllfaktor ist ein Maß für die Effizienz einer Fotovoltaikzelle, er kann maximal 100 Prozent erreichen. Die Freiburger haben mit 64 Prozent einen guten Wert geschafft.
Mit dem Ziel, leichte und flexible Solarzellen zu entwickeln, forscht das FMF an leitfähigen Kunststoffen für den Einsatz in der organischen Fotovoltaik. Damit ist es in Zukunft möglich, neben der Versorgung mobiler Kleingeräte auch Rollos und Markisen mit einer dünnen, Strom erzeugenden Folie zu versehen und so neue Anwendungsgebiete zu erschließen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, bereits auf dem Markt etablierten Solarzellen aus anorganischen Halbleitern nutzen organische Solarzellen für die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie organische Materialien wie beispielsweise Polymere.
Bei den verwendeten organischen Materialien reicht bereits eine extrem dünne Schicht aus, das Sonnenlicht zu absorbieren, was wiederum einen niedrigen Materialverbrauch zur Folge hat. Zum anderen lässt sich diese Technologie mit Hilfe der äußerst effizienten Rolle-zu-Rolle Produktionstechnologie umsetzen. Daraus resultieren weitere Vorteile wie etwa die Möglichkeit, flexible Fotovoltaik-Zellen mit geringem Gewicht herstellen zu können. Mit dem für die fotoaktive Schicht eingesetzten Materialsystem werden auf kleinen Flächen üblicherweise Effizienzen von etwas mehr als 3 Prozent erreicht. Mit einem Modul-Wirkungsgrad von 2,5 Prozent auf der aktiven Fläche von mehr als 25 Quadratzentimeter konnte die elektrische Serienverschaltung erfolgreich demonstriert werden. Damit ist den Freiburger Forschern jetzt nicht nur eine vielversprechende Effizienz gelungen. Gleichzeitig konnten sie mit 64 Prozent den für flexible organische Solarmodule weltweit höchsten Füllfaktor realisieren.
Ebenfalls ein für die Kosten entscheidender Vorteil ist die Tatsache, dass die in Freiburg entwickelten organischen Solarzellen aufgrund ihres invertierten Aufbaus ohne die üblicherweise in organischen Solarzellen verwendete und sehr teure Indium-Zinnoxid-Elektrode auskommen.
Die bislang im Labor gefertigten Module bestehen aus elf in Serie geschalteten Fotovoltaik-Zellen und liefern eine Spannung von 6,5 Volt. Als Prototypen im Rahmen eines Projekts dienen sie zur Versorgung eines energieautarken Sensorsystems, das in Kleidung integriert werden soll. Verschiedene Sensoren zur Erfassung von Umwelt- und physiologischen Parametern können eingebunden werden. pgl