Der belgische Hersteller von organischen Solarzellen IMEC hat eine effizientere organische Solarzelle vorgestellt. Sie nutzen organisches Halbleitermaterial als Akzeptorschicht.
Der Hersteller von organischen Solarzellen IMEC im belgischen Leuven hat eine neuen Wirkungsgradrekord aufgestellt. Die Belgier erreichten mit einer organischen Solarzelle ohne Fullerene eine Effizienz von 8,4 Prozent. „Dieser Durchbruch ist ein wichtiger Schritt, um die organische Photovoltaik in der Konkurrenz zur Dünnschichtphotovoltaik voranzubringen“, betont das Unternehmen. „Obwohl die Effizienz der organischen Solarzellen in der vergangenen Dekade rapide gesteigert wurde, müssen wir weitere Anstrengungen unternehmen, um die Produktion der organischen Photovoltaik in die industrielle Massenproduktion zu überführen.“
Kugelförmige Kohlenstoffatome für Ladungstransport
Bisher liegen die Wirkungsgrade von im Labor hergestellten organischen Solarzellen bereits über zehn Prozent. Doch diese Zellen werden in der Regel mit Fullerenen als Akzeptormaterial hergestellt. Das sind kleine kugelförmige Kohlenstoffatome, die Elektronen gut aufnehmen können und diesen Elektronen eine hohe Beweglichkeit ermöglichen. Der Nachteil ist, dass die Fullerene nur eine geringe Überlappung mit dem Sonnenlichtspektrum haben. Zudem geschieht die Elektronenleitung auf niedrigem Niveau, was die Spannung der Solarzellen begrenzt.
Ladungsträger im Akzeptormaterial
IMEC nutzt jedoch zwei unterschiedliche organische Materialien für die Akzeptorschicht. Das erhöht die Leerlaufspannung der Zellen im Vergleich zu Solarzellen mit Fullerenen. Außerdem wird dadurch ein größerer Bereich des sichtbaren Sonnenlichtspektrums genutzt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die beiden Schichten unterschiedliche Bereiche des Lichtspektrums nutzen. Zwischen den beiden Akzeptorschichten liegt noch eine organische Donorschicht, die wiederum einen anderen Bereich des Lichtspektrums nutzt. Mit dieser sehr einfachen Struktur aus drei Schichten können die Belgier die Effizienz der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom erhöhen. Zudem erreichen sie durch die Nutzung von organischem Akzeptormaterial, dass die Ladungsträger nicht nur in der Donorschicht freigesetzt und dann über die Akzeptorschichten abtransportiert werden. Vielmehr werden jetzt auch Ladungsträger in der Akzeptorschicht selbst erzeugt. Dadurch erreichen die Belgier eine Quantenausbeute von 75 Prozent bei einem Lichtspektrum zwischen 400 und 750 Nanometern. Insgesamt schaffen es die Belgier damit auf eine Leerlaufspannung von etwa einem Volt. Das führt wiederum zu dem bemerkenswerten Wirkungsgrad von 8,4 Prozent. Die Ergebnisse seien ein Beweis, dass diese mehrschichtige Kaskadenstruktur von organischen Solarzellen eine viel versprechende Alternative zu den bisherigen Donor-Fulleren-Strukturen der Zellen. (su)
