18. Dezember 2023
Die Sonnenenergie ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Forschende des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN), das zum Forschungszentrum Jülich gehört, und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben nun in enger Zusammenarbeit ein organisches Solarmodul konstruiert, mit dem man diese noch effizienter nutzen kann. Ihr Modul erreicht einen Rekordwirkungsgrad von 14,46 Prozent, der den bisherigen Weltrekord für organische Photovoltaikmodule (OPV) von 13,1 Prozent von Waystech übertrifft. Dies beweist, dass organische Photovoltaik auf Sicht als Alternative zu Silizium & Co. etabliert werden kann.
Solarenergie ist eine der großen Hoffnungen, wenn es um die Energiewende geht. Entsprechend umfangreich ist die Forschung in diesem Zukunftsfeld. Eine der großen Herausforderungen: das perfekte Material zu finden. Mit Blick auf die Effizienz ist derzeit Silizium kaum zu toppen. Allerdings ist es mit gravierenden Nachteilen behaftet: zu starr und schwer, schwierig zu recyceln.
Forscherinnen und Forscher um Dr. Christoph Brabec, Professor für Materialien der Elektronik und der Energietechnologie an der FAU und Direktor am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg (HI ERN), verfolgen daher einen anderen Ansatz: Sie wollen den Markt mit organischer Photovoltaik (OPV) erobern. Der Vorteil von OPV: Die Module können biegsam und zudem transparent sein, lassen sich in Fenster und Fassaden integrieren, in Innenräumen nutzen oder auf Feldern als Überdachungen einsetzen, etwa in Gewächstunnels. Außerdem punkten sie mit einem viel günstigeren ökologischen Fußabdruck: Die Herstellungsprozesse sind umweltfreundlicher, das Material ist besser zu recyceln.
„Die lösungsprozessierte organische Photovoltaik wird zu einem wichtigen Baustein einer Photovoltaikstrategie, bei der die Geschwindigkeit des Kapazitätsaufbaus und die Integrationsfähigkeit im Vordergrund stehen. Sie ermöglicht, ähnlich wie die Perovskite, Photovoltaikanwendungen jenseits der Gigawatt-Felder in den Wüstenregionen. Die organische Photovoltaik kann so einen nachhaltigen Beitrag leisten, die Produktion von Photovoltaik wieder in Europa anzusiedeln“, so der Materialwissenschaftler Christoph Brabec.
Die Schwäche der Technologie liegt bislang in der Effizienz: Bringen Silizium-Module bereits Wirkungsgrade von über 20 Prozent, kämpften die Forschenden bei der OPV noch vor wenigen Jahren um ein zweistelliges Ergebnis. Umso erfreulicher ist es, wenn es in dem Bereich gelingt, Schritt für Schritt neue Rekorde aufzustellen: Das Team um Christoph Brabec, hat es geschafft, den Wirkungsgrad auf 14,46 Prozent hochzuschrauben.
Dr. Andreas Distler, dem der Coup gelungen ist, hat dabei an drei Parametern gearbeitet: „Zum einen haben wir verbesserte Aktivmaterialien eingesetzt. Aber mindestens ebenso wichtig war es uns, die inaktiven Bereiche auf so einem Modul zu reduzieren – dafür haben wir den Laserstrukturierungsprozess weiter optimiert, der die Modulfläche in einzelne Solarzellen unterteilt und diese elektrisch miteinander verschaltet – hier ist die Kunst, die Laserlinien so dünn wie möglich zu halten, denn diese Fläche auf dem Modul kann später keinen Strom erzeugen“, erklärt der FAU-Forscher. „Schließlich haben wir gemeinsam mit den Kollegen von der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm eine homogenere Beschichtung entwickelt. All das sind kleine Effizienzbooster, die in der Kombination dann um einen Prozentpunkt mehr Wirkungsgrad bringen.“
„Für die erfolgreiche Kooperation zwischen FAU und dem HI ERN, als Teil des Forschungszentrums Jülich, ist dieser aktuelle Weltrekord ein besonders sichtbarer Meilenstein: Er unterstreicht erneut die Bedeutung und den Erfolg der Solarfabrik der Zukunft, die beide Institutionen gemeinsam am Energie Campus Nürnberg betreiben“, ergänzt Christoph Brabec.
Video: Weltrekord in Sachen Solar: Organisches Solarmodul erzielt 14,46 Prozent Wirkungsgrad
Copyright: Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg (HI ERN)
