Weltrekord in Sachen Solar

Das effizienteste organische Solarmodul der Welt kommt von der FAU und dem HI ERN

Die Sonne ist eine der wichtigsten Quellen für erneuerbare Energie, ihre Nutzung ein zentraler Baustein der Energiewende. Das derzeit effizienteste organische Solarmodul hat ein Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) in enger Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN), das zum Forschungszentrum Jülich gehört, konstruiert: Dr. Andreas Distler am Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie). Es erreicht einen neuen zertifizierten (Fraunhofer ISE (CalLab PV Cells) in Freiburg) 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 und Co etabliert werden kann.

Bayerns Energieminister Hubert Aiwanger gratuliert den Wissenschaftlern: „Organische PV-Module erhöhen die Einsatzmöglichkeiten von Photovoltaik. Mit der Steigerung des Wirkungsgrads kann dieses Solarenergie-Potenzial nun noch besser ausgeschöpft werden. Solche wegweisenden Innovationen sind genau das, was Bayern braucht.“

Auf der Suche nach dem perfekten Material

Der Photovoltaikmarkt giert nach Innovation – schließlich ist Solarenergie 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 das Material 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 Gewächstunnel. 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 Perowskite, 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“, erklärt der Materialwissenschaftler Christoph Brabec.

Die Schwäche der Technologie liegt bislang in der Effizienz: Bringen Siliziummodule 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 mittels Computersimulationen 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. „Mit der Solarfabrik der Zukunft wurde mit finanzieller Unterstützung des bayerischen Wirtschaftsministeriums eine einzigartige Prozessinfrastruktur geschaffen, mit der wir unsere technischen Entwicklungen und Durchbrüche im Rahmen der Innovationsplattform Solar TAP sehr effizient und rasch in die Industrie transferieren können. Ähnlich eindrucksvolle Leistungen erzielen wir auch bei der Entwicklung von gedruckten Perowskit-Solarzellen als auch bei vollständig gedruckten Tandemzellen.“

Weitere Informationen

Dr. Andreas Distler
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Tel.: 0911/5302-99357
andreas.distler@fau.de