Effizienz-Weltrekord für organische Solarmodule

Ein Forscherteam aus Nürnberg und Erlangen hat eine neue Bestmarke für die Umwandlungs­effizienz von organischen Photo­voltaik­modulen gesetzt. Das von den Wissenschaftlern der Uni Erlangen-Nürnberg, des Bayerischen Zentrums für angewandte Energie­forschung und des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg für erneuerbare Energien in Zusammenarbeit mit der South China University of Technology konstruierte OPV-Modul erzielte auf einer Fläche von 26 Quadrat­zentimetern einen Wirkungsgrad von 12,6 Prozent. Der neue Weltrekord übertrifft den bisherigen Höchstwert damit um dreißig Prozent.

Der neue Weltrekord wurde durch eine zertifizierte kalibrierte Messung unter Standard­prüf­bedingungen im unabhängigen Zertifizierungs­labor des Fraunhofer ISE im September 2019 bestätigt. Das mehrzellige Modul entstand in der Solarfabrik der Zukunft am Energie Campus Nürnberg in einem Beschichtungs­labor mit einer einzigartigen Megawatt-Pilotlinie für Dünnschicht-Photovoltaik, die mit finanzieller Unterstützung des Bayerischen Wirtschafts­ministeriums konzipiert und realisiert wurde.

Organische Solarzellen bestehen zumeist aus zwei verschiedenen organischen Komponenten, die die erforderlichen Halb­leiter­eigen­schaften mit sich bringen. Im Unterschied zum herkömmlich verwendeten Silizium, das energie­intensiv aus der Schmelze gezogen wird, können organische Halbleiter aus einer Lösung heraus direkt auf eine Trägerfolie oder einen Glasträger aufgebracht werden. Zum einen verringert das die Herstellungs­kosten, zum anderen ermöglicht die Verwendung biegsamer, leichter Materialien neue Anwendungen, etwa in mobilen Geräten oder Kleidung, auch wenn die Effizienz noch nicht mit der klassischer Silizium­solar­zellen vergleichbar ist.

„Dieser Meilenstein in der Forschung an organischen Halbleitern zeigt, dass die jüngsten Leistungs­entwicklungen mit zertifizierten Zellwirkungs­graden von über 16 Prozent nicht auf den Labor­maßstab beschränkt sind, sondern bereits bis auf Modul- und Prototypen­ebene skaliert werden können“, erklärt Christoph Brabec, wissenschaft­licher Leiter der Solarfabrik der Zukunft, einer Forschungs­gruppe des ZAE Bayern.

Konstruktionsbedingt liegt die Effizienz kompletter Photo­voltaik­module immer etwas niedriger als die der einzelnen Zelle. Ein Teil der Modulfläche ist zum Beispiel immer inaktiv, da dieser Bereich zur Verschaltung der Einzelzellen verwendet wird. Mit zunehmender Fläche des Moduls wachsen auch die Verluste durch den elektrischen Widerstand der Elektroden.

Das Rekordmodul besteht aus zwölf in Reihe geschalteten Zellen und verfügt über einen geometrischen Füllfaktor von über 95 Prozent. Dieser Anteil der Modulfläche trägt aktiv zur Strom­erzeugung bei. Bezogen auf die aktive Fläche erzielt es sogar einen Wirkungsgrad von 13,2 Prozent. Die Minimierung inaktiver Flächen gelang mittels hoch­auf­lösender Laser­strukturierung, wie sie in den letzten Jahren in der Solarfabrik der Zukunft entwickelt und optimiert wurde.

ZAE / RK

Weitere Infos

• Solarfabrik der Zukunft, Photovoltaik, Bayerisches Zentrum für angewandte Energieforschung e.V., Würzburg