Organische Solarzelle

Organische Solarzellen

Organischen Polymer-Solarzellen sind flexibel und effizient und eröffnen damit eine neue Dimension der Anwendungen für Solarzellen auf verschiedenen Materialien.

Foto: Glänzende quadratische Folie mit sichtbaren Leiterbahnen wird von zwei Händen gehalten. Die Folie ist flexibel.
Flexible Solarzellen

Es ist altbekannt: Eine Leuchtdiode spendet Licht, eine Solarzelle liefert Strom. Trotz der unterschiedlichen Nutzung besitzen beide im Prinzip den gleichen Kern: eine Doppelschicht aus Elektronen abgebenden beziehungsweise aufnehmenden anorganischen Halbleitern, meist auf Silizium-Basis. Wird diese Schicht beleuchtet, so werden Elektronen freigesetzt und abgesaugt - es fließt Strom. Lässt man umgekehrt Strom fließen, so werden die Elektronen eingefangen - es leuchtet.

Neuerdings funkeln die Displays einiger MP3-Player bunt mit organischen Leuchtdioden. Diese nutzen eine recht neue Materialklasse - halbleitende Kunststoffe beziehungsweise Polymere. Was liegt näher, als auch sie zur Stromgewinnung einzusetzen? Tatsächlich befinden sich diese organischen Solarzellen bereits in einem fortgeschrittenen Entwicklungsstadium: So wie bei den anorganischen Zellen die Doppelschicht die durch Lichteinfall freigesetzten Elektronen trennt, nehmen in den organischen Zellen Fullerene - oder andere organische Akzeptor-Materialien - die von den Polymeren freigesetzten Elektronen auf.

Infografik: drei Schichten, die oberste Schicht hat Leiterbahnen, diese Leiterbahnen und die unterste Schicht sind an einen Stromkreis angeschlossen (oben Plus, unten Minus). Die oberste Schicht, auf der die Leiterbahnen aufgebracht sind, ist vergrößert dargestellt als unregelmäßige Struktur zweier Komponenten. Infographik: Licht trifft auf eine Polymerschicht. An der Polymerschicht entstehen positive und negative Ionen. Die negativ geladenen Teilchen, Elektronen, wandern zu den sehr viel größeren Fullerenen.
Bau und Funktion organischer Solarzellen

Im Vergleich der Systeme zeigen sich die jeweiligen Stärken und Schwächen: Anorganische Zellen besitzen eine lange Lebensdauer, müssen aber unter hohem Energie und Chemie-Einsatz hergestellt werden. Hingegen altern die organischen Zellen bisher recht schnell. Dafür können sie aber kostengünstig und umweltfreundlich in Druckverfahren auch auf flexiblen Unterlagen aufgebracht werden.
So werden neue Anwendungsfelder erschlossen, beispielsweise die Energieversorgung mobiler Elektronik, Energie liefernde Bekleidungsstücke oder aufrollbare Solarpanele.
Die Anschaffungskosten für beide Systeme sind derzeit vergleichbar hoch: Jeweils rund fünf Euro pro Watt Spitzenleistung. Unter einen Euro könnten sie bei den organischen Zellen fallen. Dafür müssen die organischen Moleküle für die Stromerzeugung optimiert werden: Bisher werden nämlich meist Materialien genutzt, die für Leuchtdioden entwickelt wurden. Mit dem dann höheren Wirkungsgrad von vielleicht zehn statt derzeit zwei bis fünf Prozent könnte die Energie liefernde Fläche zudem kleiner ausfallen.

Schon vor über zehn Jahren versprach eine andere organische Zelle billigen Solarstrom: Die Grätzel-Zelle setzt organische Farbstoffe als innere Elektronenpumpe ein.
Auch die Farbstoff-Zellen können inzwischen auf flexiblen Kunststoffträgern aufgebracht werden. Ihre Markteinführung wird für die nähere Zukunft erhofft. Mittlerweile erreichen aber anorganische Zellen - als Dünnschicht-, Tandem-, Triplett oder Konzentratormodule mit Sonnennachführung - im Labor hohe Wirkungsgrade bis fast 40 Prozent. Die organischen Schwestern werden ihnen daher beim subventionierten Stromeinspeisen in das Netz nicht so schnell Konkurrenz machen. Es wird vermutlich etwas dauern, bis sie Anwendungsnischen erobern, etwa die Energieversorgung kurzlebiger mobiler Unterhaltungselektronik, und aus ihnen herauswachsen können.