Biegsame Polymer-Solarzellen ohne großen Aufwand

Eine besondere Nische unter den Solarzellen nehmen Module aus Kunststoff-Halbleitern ein. Ihre Wirkungsgrade liegen zwar deutlich unter zehn Prozent, doch lassen sie sich auf große und sogar gewölbte Flächen auftragen. Ein amerikanisch-koreanisches Forscherteam entwickelte nun eine so genannte Tandem-Zelle, die das Spektrum des natürlichen Sonnenlichts besser ausnutzen kann.

Santa Barbara (USA)/Gwangju (Korea) - Ihr einfaches und potenziell günstiges Produktionsverfahren präsentieren sie in der Zeitschrift "Science".

"Die Tandem-Zellarchitektur kann die Lichternte von Polymermodulen verbessern", erklären Jin Young Kim von der University of California in Santa Barbara und seine Kollegen vom Gwangju Institut für Wissenschaft und Technologie. Mit zwei organischen Komposit-Materialien nutzten die Forscher für ihr Labormuster diesen Effekt aus. Auf einem Glasträger und einer transparenten Elektrode aus Indiumzinnoxid schichteten sie zuerst ein Komposit aus einem Benzothiadiazol und einem Methylester (PCBM). Getrennt durch eine dünne Titanoxidschicht folgt die zweite Solarzelle, die auf einem Komposit aus einem Polyhexylthiophen und einem anderen Methylester beruht. Fängt die obere Zelle grünes Licht ein, wandelt die untere bevorzugt Lichtteilchen aus dem blauen und roten Spektralbereich der Sonne in Strom um. Durch diese Kopplung erreichen sie einen maximalen Wirkungsgrad von 6,7 Prozent.

Für Solarzellen mit organischen Polymerhalbleitern ist das ein respektabler Wert. Diese Solarmodule können zudem großflächig auf flexiblen Unterlagen aufgebracht werden. Ein zentraler Vorteil liegt nun in dem einfachen Herstellungsverfahren. Denn statt aufwändige Bedampfungsmethoden zu wählen, konnten diese Polymerhalbleiter nasschemisch aus der Lösung in einige Nanometer dünnen Schichten aufgebracht werden. Auf dieser Basis lassen sich extrem günstige Produktionsprozesse entwickeln. Bisher sind diese Solarmodule allerdings nur für relativ kurzzeitige Anwendungen geeignet. Denn nach einer Lagerung von etwa einem halben Jahr unter einer Stickstoffatmosphäre sank der Wirkungsgrad auf 5,5 Prozent ab. Verantwortlich ist die langsame Zersetzung der organischen Polymere. Doch diesen Nachteil wollen die Forscher mit einer besseren Verkapselung der lichtaktiven Substanzen aus dem Weg räumen.