Der Hersteller von organischen Solarfolien Asca hat den Wirkungsgrad seines Halbleiters um satte 40 Prozent erhöht. Damit erreicht das Unternehmen eine Effizienz von 20 Prozent. Das sind umgerechnet 70 Watt pro Quadratmeter. Die Entwickler haben diese Werte mit einem neuen Halbleitermaterial erreicht, das das taiwanische Chemieunternehmen Raynergy Tek entwickelt hat.
Raynergy Tek hat sich auf die Entwicklung organischer Halbleitermaterialien für organische Photovoltaikmodule spezialisiert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf Akzeptoren, die ohne Fullerene auskommen. Denn organische Solarzellen basieren auf einem Donator-Akzeptor-Konzept. Das bedeutet grob beschrieben, dass die Elektronen vom Donor zum Akzeptor wandern. Von dort werden sie an die Elektrode weitergegeben. Die Akzeptoren bestehen in der Regel aus Fullerenen. Das sind Hohlmoleküle auf Kohlenstoffbasis. Die Kohlenstoffatome sind in vielen Fünfecken angeordnet und diese Fünfecke sind wiederum miteinander verbunden. Dadurch sehen sie aus wie ein Fußball.
Fullerene behindern hohe Wirkungsgrade
Die Fullerene sogen einerseits für die Stabilität und andererseits für die Effizienz der organischen Halbleiter. Denn sie sind in der Lage, die durch die Photonen des einstrahlenden Sonnenlichts herausgelösten Elektronen aufzunehmen und ermöglichen ihnen gleichzeitig eine hohe Beweglichkeit. Die Fullerene haben aber auch Nachteile. Denn sie leiten die Elektronen nur auf einem energetisch niedrigem Niveau. Das ist zwar gut für die Stabilität der Solarzelle, aber schlecht für ihre Leerlaufspannung. Zudem absorbieren die Fullerene nur wenig Sonnenlicht. Sie sorgen zwar durch die sichere Weiterleitung der Elektronen für eine gute Grundeffizienz. Doch behindern sie gleichzeitig höhere Wirkungsgrade mit dem gleichen Halbleitermaterial.
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Markteinführung bis Ende 2022
Asca ist es nun erstmals gelungen, fullerenfreies Akzeptormaterial (Non-Fulleren Acceptor – NFA) in seine Vorfertigung zu integrieren und damit semitransparenten flexiblen Solarmodule mit der höheren Effizienz zu produzieren. „Unsere Laborergebnisse konnten wir nun in industriellen Fertigungstests bestätigen“ sagt Sebastian Meier, Entwicklungschef bei Asca. Das Unternehmen arbeitet nun daran, die Materialeinführung abzuschließen, so dass OPV-Module mit den neuen Materialien bis spätestens Ende 2022 erhältlich sind. „Mit der Klasse der NFA erschließen wir uns die Möglichkeit, auch mittelfristig bei den Effizienzwerten deutliche Fortschritte zu erzielen“, stellt Meier in Aussicht.
Besonders effizient bei schwachem Licht
Ein Vorteil de organischen Solarzellen ist das gute Schwachlichtverhalten. So steigt – im Gegensatz zu anorganischen Halbleitern – die Effizienz sogar bei geringerer Lichteinstrahlung. Denn dann wandeln die organischen Halbleiter immerhin bis zu 26 Prozent des einfallenden Lichtes in Strom um. Dies konnte Asca schon Ende 2020 zeigen. Die Entwickler gehen davon aus, dass das neue Halbleitermaterial ebenfalls solche guten Werte erreicht. (su)
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