Mehr Strom aus Kunststoff

Mit modifizierten Zinkoxid-Schichten lässt sich die Stromausbeute von organischen Solarzellen deutlich steigern

Biegsame, organische Solarzelle
Biegsame, organische Solarzelle

Cambridge (Großbritannien)/Singapur (Singapur) - Organische Solarzellen aus Kunststoffen sind günstig, biegsam und vielseitig anwendbar. Doch ihre Stromausbeute rangiert noch immer bei bis zu zehn Prozent und damit deutlich unter den klassischen Modulen aus Silizium. Einen neuen Weg, um dieses Problem zu beseitigen, schlagen nun Wissenschaftler aus Singapur und Großbritannien vor. Wie sie in der Fachzeitschrift "Applied Physics Letters" berichten, gelang es ihnen, mit einer hauchdünnen Zinkoxid-Schicht in der Solarzelle die Quanteneffizienz von ersten Prototypen zu verdreifachen.

"Unsere Messungen zeigten, dass molekulare Modifikationen die energetische Landschaft der Grenzschichten in einer Zelle veränderten", sagt Yana Vaynzof von der University of Cambridge. Zusammen mit Kollegen der National University of Singapore analysierte ihr Team die Eigenschaften von organischen Solarzellen aus dem Kunststoff Polyhexylthiophen. Sonnenlicht wird durch diese Substanz sehr effektiv eingefangen und führt zur Bildung von freien Ladungsträgern, den so genannten Elektron-Loch-Paaren. Die Elektronen werden für eine Stromerzeugung von einer wenige Nanometer dünnen Schicht aus Zinkoxid aufgenommen.

Um die Menge der erzeugten Elektronen und damit die Stromausbeute zu erhöhen, modifizierten die Wissenschaftler die Zinkoxid-Schicht mit langkettigen, organischen Molekülen (PCBA). So verändert ließen sich mehr Elektronen nutzen, bevor sie sich wieder mit positiven Ladungsträgern vereinen und damit für die Stromerzeugung verloren gehen konnten. Vergleichende Messungen belegten, dass mit dieser modifizierten Schicht eine Quanteneffizienz von neun statt nur drei Prozent möglich sind.

Dieses Ergebnis ist ein erster Schritt, um die störende Selbstvernichtung der Ladungsträger durch Rekombination zu unterdrücken. Mit dieser Methode könnten in weiteren Arbeiten hoch effiziente organische Solarzellen für den Praxiseinsatz entwickelt werden. Erreichbar scheinen Wirkungsgrade von über 20 Prozent. Damit wären organische Solarzellen, die im Unterschied zu Silizium-Zellen auch biegsam und flexibel konstruiert werden können, auf dem besten Weg, größere Marktanteile zu gewinnen.