Siemens-Forschern gelingt Durchbruch bei der Steigerung des Wirkungsgrades organischer Solarzellen

Als Ergebnis der Entwicklung von organischen Photodetektoren konnten Siemens-Forscher auch den Wirkungsgrad gedruckter organischer Solarzellen von drei auf über fünf Prozent steigern. Mit diesem Erfolg eröffnet sich erstmalig die Möglichkeit diese Technologie kommerziell zu nutzen. Im Gegensatz zu den heute verbreiteten Siliziumzellen können organische Solarzellen auf Folien gedruckt werden. Daher sind sie flexibel und wesentlich leichter. Eine weitere Stärke dieser Technologie sind die sehr niedrigen Herstellungskosten. „Unsere Bemühungen richten sich nur zum Teil auf eine Ablösung der nichtorganischen Technik.“ so Entwicklungsleiter Christoph Brabec, „Wir zielen vor allem auf neue Märkte, die wir aufgrund der Eigenschaften unserer Solarzellen erschließen können.“

Über 90 Prozent der im Markt befindlichen Solarmodule sind aus Silizium gefertigt. Obwohl der Solarmarkt in den vergangenen Jahren ein stetiges Wachstum zu verzeichnen hatte, wird eine noch stärkere Verbreitung von Solartechnik vor allem durch die relativ hohen Kosten der siliziumbasierten Module gebremst. Weltweit wird daher an der Entwicklung neuer und kostengünstiger Solartechnologien gearbeitet. Neben den Produktionskosten sind insbesondere der Wirkungsgrad und die Lebensdauer einer Solarzelle von Bedeutung.

Eine vielversprechende alternative Technologie ist die organische Photovoltaik. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Solarzellen aus speziellen Polymeren in einem Druckverfahren gefertigt werden, was die Herstellung völlig neuartiger Solarmodule ermöglicht. Die photoaktive Schicht der Zelle weist nur eine Dicke von etwa 100 Nanometern auf, dies entspricht etwa 1/200 der Dicke eines Haares. Da die Polymere auf eine Folie gedruckt werden, weisen die Solarmodule ein geringes Gewicht auf. Sie sind zudem flexibel und können an fast jede beliebige Form angepasst werden. Die Entwicklung dieser Technologie erfolgt bei Siemens im Rahmen von Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Polymerelektronik. Ziele dieser Arbeiten sind vor allem neuartige Photodetektoren sowie Displays.

Den Siemens-Forschern ist damit ein wesentlicher Durchbruch bei der Weiterentwicklung der organischen Photovoltaik gelungen. Der erreichte Wirkungsgrad von mehr als fünf Prozent ist der höchste bisher gemessene Wert für gedruckte organische Solarzellen. Mit diesem Wert wird die Technologie im Markt einsetzbar. Nach Einschätzung der Forscher lässt sich mit dem heutigen Stand der Technik sogar ein Wirkungsgrad von etwa sieben Prozent erzielen. Ebenfalls erfreulich ist die für organische Halbleiter rela-tiv lange Lebensdauer. Selbst mit einfachen Versiegelungsmethoden fallen die Solarzellen im Dauerbetrieb bei Temperaturen von 80° Celsius nicht aus und erreichen bereits Lebensdauern von einigen tausend Sonnenstunden. Anfangs werden organische Solarzellen bei der Realisierung portabler Solarmodule Anwendung finden, mit denen beispielsweise Mobil- oder Satellitentelefone sowie Navigationssysteme unabhängig vom Bestehen eines Netzzugangs aufgeladen werden können. Mit dem Verkauf erster entsprechender Produkte wird bereits für das Jahr 2005 gerechnet. Mittelfristig soll ein Wirkungsgrad von zehn Prozent sowie eine Lebensdauer von 10.000 Sonnenstunden realisiert werden, was einer Betriebsdauer von etwa zehn Jahren entspricht. Damit wird ein Einsatz der organischen Photovoltaik in den wesentlichen Anwendungsgebieten traditioneller Solartechnik denkbar.

Darüber hinaus ergeben sich interessante neue Märkte, die durch Silizium basierte Technologien nicht ausreichend erschlossen werden können. Mit der organischen Pho-tovoltaik sind zum Beispiel Solarfenster und Solarplanen zu realisieren. Entsprechende Flächen können so in einer neuartigen Weise genutzt werden. Grundsätzlich ermöglicht die Technologie, dass Solarstrom mit einer erheblich geringeren Erstinvestition zur Verfügung gestellt werden kann. Dies wird zum Beispiel bei der Elektrifizierung abge-legener Gebiete in Entwicklungsländern oder bei dem Betreiben großer Solaranlagen zu völlig neuen Möglichkeiten führen.

„Neben den heute bekannten Einsatzfeldern, werden die Kostenvorteile und das geringere Gewicht der organischen Photovoltaik neue Applikationen und neue Geschäftsmodelle für die Nutzung von Solarenergie erschließen.“ so Andreas Brinkrolf vom Siemens Technology Accelerator, der die Vermarktung der Technologie begleitet. „Die organische Photovoltaik hat das Potenzial, die Solarindustrie wesentlich zu verändern.“