Photovoltaik-Forschung: Organische Photovoltaik-Module

Die organische Photovoltaik gilt schon lange als Hoffnungsträger der Solarbranche. Anstelle der in herkömmlichen Solarzellen verwendeten Siliziumkristalle fungieren organische Kunststoffe als Halbleiter und übernehmen die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Zwar liegt der Wirkungsgrad der meisten organischen Solarzellen im einstelligen Bereich, aber dennoch überwiegen die Vorteile deutlich. Die folienartigen Module können in preiswerten Druckverfahren hergestellt werden und sind aufgrund ihrer Biegsamkeit und ihres geringen Gewichts nahezu überall einsetzbar. Grundsätzlich können damit alle Flächen zur Stromerzeugung genutzt werden, die mit einer dünnen Folie beklebt werden können. Der entscheidende Nachteil, den organische Materialien gegenüber Halbleiterkristallen aufweisen, ist die geringe Lebensdauer.

Ultraviolette Strahlung sowie eindringende Fremdstoffe wie Sauerstoff oder Wasserdampf lassen die Module schnell altern. Bei der Suche nach einer Lösung stand bisher die Suche nach widerstandsfähigeren organischen Materialien im Vordergrund. Selbstverständlich liegt auch die Idee nahe, die Module stattdessen besser vor Umwelteinwirkungen zu schützen. Es ergibt aber wenig Sinn, organische Solarzellen beispielsweise mit einem Glasgehäuse zu versehen, weil dadurch alle ihre Vorteile weitgehend verloren gingen. Ein neuer Werkstoff könnte das jedoch ändern.

Folien aus Glas

Am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Potsdam haben Forscher äußerst erfolgreich mit einem neuartigen Glas des amerikanischen Herstellers Corning experimentiert. Dieser Werkstoff hat wenig Ähnlichkeit mit normalem Glas, das uns im Alltag überall begegnet. Er erlaubt es, Glasschichten von der Dicke eines Blattes Papier herzustellen, die zwar nicht ganz so flexibel wie Kunststofffolien sind, aber dennoch recht stark gewölbt werden können. Ansonsten weist der neuartige Werkstoff dieselben Vorzüge auf wie herkömmliches Glas. Er kann bei hohen Temperaturen bis etwa 400 Grad Celsius verarbeitet werden, ist deutlich bruch- und reißfester als eine Kunststofffolie und bildet eine zuverlässige Barriere gegen eindringende Fremdatome. In Potsdam wurden bereits voll funktionsfähige organische Solarzellen hergestellt, die statt der herkömmlichen Polymerfolien diese neuartigen dünnen Glasschichten als Trägermaterial nutzen. Es ist auch schon heute möglich, diese Module in jeder gewünschten Größe herzustellen. Sie können daher sowohl als Photovoltaikanlage auf dem Dach eingesetzt werden als auch in mobilen Ladegeräten für Smartphones.

Vorbereitung auf die industrielle Massenfertigung

Um die Kostenvorteile der organischen Photovoltaik voll zu nutzen, werden die Module im Druckverfahren hergestellt. Elektroden und Leiterbahnen werden mittels Druckmaschinen auf die Folien gedruckt, genau wie beim Zeitungsdruck das Papier bedruckt wird. Das in der Massenproduktion billigste Druckverfahren ist das Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Das Papier wird von einer Rolle abgerollt auf eine zweite Rolle aufgerollt, zwischen beiden Rollen findet der eigentliche Druckvorgang statt. Diese Verfahren funktioniert für die neuartigen Solarmodule noch nicht, die Module müssen bislang noch im so genannten Stapel-zu-Stapel-Verfahren einzeln bedruckt werden.

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