Silber statt Indium: Forscher senken Kosten für organische Solarzellen

In der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials veröffentlichten Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Ergebnisse zur lichtdurchlässigen Herstellung organischer Solarzellen. Dabei konnten die Wissenschaftler durch das Ersetzen der bisher in organischen Solarzellen üblichen Elektroden aus Indiumzinnoxid (ITO) durch Silber-Nanodrähte sowohl die Kosten für Material und Verarbeitung senken, da auf das  teure Indium verzichtet wurde.

Teures Indium: Forscher der FAU ersetzten den teuren Rohstoff durch Nanodrähte aus Silber

Synthetisches Material: Biegsam und dünn, damit vielseitig einsetzbar

Rein Synthetische Materialien sorgen bei organischen Solarzellen für den Photoeffekt. Daraus ergeben sich sehr biegsame und extrem dünne Zellen, die sowohl lichtdurchlässig als auch in verschiedenen Farben hergestellt werden können. Während kristalline Solarzellen ob ihrer Struktur sehr unflexibel sind, eignen sich organische Zellen besonders für den Einsatz in Textilien oder im Architekturbereich, z.B. für integrierte PV-Anlagen an Fassaden oder in Fenstern.

Sprung nach vorne für semitransparente Solarzellen

Im Vergleich zu kristallinen Solarmodulen hinken organische Solarzellen bisher in Kosten, Wirkungsgrad und Haltbarkeit jedoch hinterher, was bisher den kommerziellen Durchbruch verhinderte. Die Ergebnisse der FAU-Wissenschaftler werden jedoch die Kosten, vor allem für semitransparente Solarzellen, nachhaltig senken.

Bisher wurden in diesen Zellen ITO als Elektroden-Material verwendet, es galt als einziges Material, das die notwendigen guten elektrischen Leiteigenschaften mit der benötigten Lichtdurchlässigkeit der Elektroden verband. Während Indium als Rohstoff bereits teuer ist, fallen zusätzliche Kosten auch für die Herstellung von Indiumzinnoxid in einem teuren Vakuumprozess an, der zusätzlich noch energieintensiv ist.

Dem FAU-Wissenschaftler Fei Guo gelang es nun, ITO durch feinste Silberdrähte als Elektroden zu ersetzen. Guo ist Mitglied der Forschergruppe, die von Prof. Dr. Christoph Brabec, Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffe der Elektronik und Energietechnik), koordiniert und von den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Marcus Halik, Prof. Dr. Dirk Guldi und Prof. Dr. Erdmann Spiecker unterstützt wird. Fei Guo, Wissenschaftler am FAU, gelang es jedoch, feinste Silberdrähte statt ITO für die Elektroden zu benutzen.

Vorteile auch in der Effizienz

Das Drahtnetz der Dicke im Nanometerbereich, das die Forscher über die photoaktive Schicht der Solarzellen spannten, ist elektrisch leitfähig, aber gleichzeitig auch so grobmaschig gehalten, dass genügend Licht in die Zelle gelangen kann. Tests an Referenzzellen ergaben, dass diese neue Variante den konventionell hergestellten organischen Solarzellen in nichts nachsteht.

In Sachen Effizienz konnten die Wissenschaftler sogar den höchsten bisher dokumentierten Wert für organische Solarzellen überbieten. Sie erreichten 63 Prozent Füllfaktor, bei mehr als 50 weiteren, über ein Druckverfahren hergestellten Zellen konnte ein Füllfaktor mit 58 bis 62 Prozent festgestellt werden.

Durch Druckverfahren: Einsparungen auch im Energiebereich

Durch das neue Material werden somit Kosten wie auch Energie gespart, die Zellen können jetzt komplett über ein Druckverfahren produziert werden. Die in Flüssigkeit gelösten Komponenten werden wie Tinte Schichtweise auf eine dünne Plastikfolie aufgedruckt und getrocknet, wodurch auf vergleichsweise einfache Weise riesige Solarbögen hergestellt werden können. Der energieintensive Vakuumprozess entfällt.

 Quelle: Solarserver