Der Durchbruch der organischen Photovoltaik ist bisher wegen ihrer Ineffizienz nicht gelungen. Das könnte sich ändern. Denn der Zwang zur Doppelnutzung von Flächen wächst. Ein KIT-Projekt will das erforschen.
Im Projekt SEMTRASOL sollen am KIT hocheffiziente, semitransparente organische Solarzellen entwickelt werden.
KIT
Die organische Photovoltaik konnte sich bisher am Markt gegenüber der siliziumbasierten Technologie nicht durchsetzen. Springer-Vieweg-Autor Peter Kurzweil benennt in seinem Buchkapitel Halbleiter und Fotoelektrochemie auf Seite 224 die Nachteile mit der Ineffizienz und Kurzlebigkeit der Technologie.
Dabei bieten organische Solarzellen verschiedene Vorteile gegenüber anderen Photovoltaik-Technologien. Sie sind leicht, ungiftig und unabhängig von seltenen Rohstoffen, was sie kostengünstig und für den großflächigen Druck geeignet macht. Eine herausragende Eigenschaft, die sie von anderen Photovoltaik-Technologien unterscheidet, ist ihre Fähigkeit, semitransparent zu sein und somit neue Anwendungsmöglichkeiten zu eröffnen.
PV-Zellen aus dem Drucker
Christian Sprau vom Lichttechnischen Institut des KIT will der organischen Photovoltaik mit seiner neu gegründeten Forschungsgruppe und dem Forschungsprojekt SEMTRASOL (für: Druckbare semitransparente organische Solarzellen für Photovoltaikflächen der Zukunft) zum Durchbruch verhelfen.
"Dank neuer Materialkonzepte und der neuesten organischen Halbleiter gelingt es uns immer besser, die Absorptionseigenschaften organischer Solarzellen präzise zu steuern und einen hohen anwendungsspezifischen Wirkungsgrad zu erzielen", erklärt er. Dies ermögliche hocheffiziente Photovoltaik auf Glasfassaden, die sich harmonisch in die Umgebung einfügen.
Organische Solarzellen nutzen kohlenstoffbasierte Halbleiter, die typischerweise schmalbandige Absorptionsbereiche aufweisen. Dank der Entwicklung neuartiger Akzeptoren, also elektronenakzeptierender Moleküle in der lichtabsorbierenden Schicht einer Solarzelle, können im Labor Wirkungsgrade von bis zu 20 Prozent erreicht werden. Die Vielzahl dieser neuen Materialien in Kombination mit gezieltem Bauelementdesign ermöglicht die Absorption einfallenden Lichts in genau definierten spektralen Bereichen mit einer semitransparenten Solarzelle.
Mehrfache Flächennutzung möglich
Zukünftige Oberflächen könnten also mehrfach genutzt werden. "Bei der Agrivoltaik beispielsweise müssen nur die für das Pflanzenwachstum notwendigen Wellenlängen die Pflanzen erreichen, während sie vor anderen spektralen Bestandteilen des Lichts geschützt werden können, um ein Austrocknen zu verhindern", so Sprau. Ebenso müsse die Fensterfassade eines Hochhauses nur das Licht passieren lassen, das vom menschlichen Auge als Helligkeit wahrgenommen werde. In beiden Fällen könnte man hohe Energieerträge aus den ungenutzten Anteilen des Sonnenlichts erzielen.
Laut dem Forschungsteam am KIT wird die doppelte Flächennutzung durch Photovoltaik eine wichtige Rolle dabei spielen, dass Deutschland und Europa die Klimaneutralität rechtzeitig erreichen können. Die technologischen Voraussetzungen sind vorhanden, und SEMTRASOL zielt darauf ab, sie zu kombinieren.
Das wäre auch notwendig. "Die organische Photovoltaik (OPV) hat das technologische Potenzial, als sogenannte "Low-cost Energy Source" Einzug in die mobile Stromversorgung zu halten; dies auch aufgrund der kostengünstigen Massenfertigung auf Basis etablierter Druckverfahren. Damit könnte ein neuer Anwendungsbereich erschlossen werden bei gleichzeitig niedrigen Investitionskosten", nennt Springer-Vieweg-Autor Hartmut Frey in seinem Buchkapitel Solarenergienutzung durch optimale Gebäudegestaltung auf Seite 178 den wesentlichen Vorteil.