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Solarenergie ForschungOrganische Solarzellen langlebiger machen

Organische Solarzellen, Labor
Im internationalen Forschungsnetzwerk OPVStability unter Leitung der TU Graz arbeiten Forscherteams daran, organische Solarzellen langlebiger zu gestalten (Foto: © TU Graz | Institut für Chemische Technologie von Materialien)

Photovoltaikzellen aus organischen Verbindungen gelten als vielversprechend. Da sie leicht und biegsam sind, eignen sie sich für viele Anwendungen. Um sie langlebiger zu machen, arbeiten Forscher daran, die Stabilität der Materialien zu verbessern.

05.10.2023 – Solarzellen aus Silizium gibt es seit rund 70 Jahren, sie sind und bleiben ein entscheidender Baustein für die Energiewende. Solarzellen aus organischen Verbindungen sind im Vergleich dazu recht neu, eröffnen für die saubere Stromproduktion aber neue Möglichkeiten. Sie erreichen bislang Wirkungsgrade von bis zu 19 Prozent. Sie haben ein geringeres Gewicht, sind extrem dünn und zudem biegsam, und lassen sich damit ganz unterschiedlich einsetzen. Aufgebracht auf transparente Folie können organische Solarzellen in verschiedensten geometrischen Formen und Farben in Bereichen eingesetzt werden, für die siliziumbasierte Solarzellen ungeeignet sind.

Doch einen Nachteil gibt es auch – organische Solarzellen haben bislang eine kurze Lebensdauer, denn sie verwittern recht schnell, berichten Forschende der TU Graz. Deshalb spielten sie auf dem Markt bislang eine recht geringe Rolle. Das internationale Forschungsnetzwerk OPVStability unter Leitung der TU Graz mit internationalen Partnern aus Wissenschaft und Industrie möchte nun in den kommenden vier Jahren daran forschen, die Stabilität der Materialien und damit die Lebensdauer organischer Solarzellen zu erhöhen.

„Es gibt Tausende Materialkombinationen, mit denen man organische Solarzellen herstellen kann“, sagt Projektleiter Gregor Trimmel vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz. „Wir wollen herausfinden, welche davon am besten geeignet sind: also besonders langlebig und dennoch effizient in der Stromausbeute.“ Denn prinzipiell hätten organische Photovoltaikzellen das Potenzial, Strom ähnlich günstig zu produzieren wie siliziumbasierte Produkte.

Zunächst gelte es, die Verwitterungsprozesse verschiedener potenziell geeigneter Materialien im Detail zu untersuchen, berichten die Forschenden. Dazu werden die organischen Verbindungen zum einen im Labor künstlichem Sonnenlicht ausgesetzt, zum anderen aber auch unter realen Witterungsbedingungen in Europa sowie der Negev-Wüste getestet.

Die genaue Analyse der schleichenden Degradation sei eine Herausforderung: „Organische Solarzellen sind maximal 200 Nanometer dick. Um darin Zersetzungsprodukte isolieren zu können, braucht es sehr spezielle Methoden und Instrumente“, erläutert Trimmel. Zudem werden auf künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen gestützte Ansätze genutzt, um die großen Datenmengen zu analysieren, die in Hochdurchsatzverfahren generiert werden.

Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen es erlauben, detaillierte Rückschlüsse auf die chemischen Verwitterungsprozesse zu ziehen. Mit diesem Wissen werden die Forschenden genauer bestimmen können, wie die Moleküle beschaffen sein müssen, um diesen Zersetzungsprozessen besser standzuhalten. Neben den praktischen Tests werden auch digitale Simulationen chemischer Verbindungen durchgeführt, um optimal geeignete Materialen für die organischen Photovoltaikzellen der nächsten Generation zu finden. Die Forschung ist im Field of Expertise Advanced Materials Science verankert, einem von fünf strategischen Forschungsschwerpunkten der TU Graz.

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