Sonniger Rekord: Durchbruch für die Hybrid-Solarzelle – Höchste Effizienz bei Nanopartikel-basierten organischen Solarzellen

Wissenschaftlern vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) und dem Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) der Universität Freiburg ist es gelungen, eine Behandlungsmethode für die Oberfläche von Nanopartikeln zu entwickeln, die die Effizienz von organischen Solarzellen erheblich steigert. Durch den Einsatz so genannter Quantum Dots aus Cadmium-Selenid konnte die bisher höchste Effizienz von 2 Prozent in Hybrid-Solarzellen erzielt werden. Bisherige Werte lagen bei 1–1,8 Prozent. Bei Hybrid-Solarzellen besteht die photoaktive Schicht aus einer Mischung aus anorganischen Nanopartikeln und einem (organischen) Polymer. Die entwickelte Methode ist prinzipiell auf viele Nanopartikel anwendbar und eröffnet weitere Perspektiven zur Effizienzsteigerung dieses Solarzellentyps.

Organische Solarzellen gehören zur so genannten dritten Generation von Solarzellen und befinden sich noch im Forschungsstadium. Der Weltrekord für rein organische Solarzellen, bei denen beide Komponenten der photoaktiven Schicht aus organischen Materialien bestehen, liegt derzeit bei über 7 Prozent für nasschemisch erzeugte Schichten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen weisen sie viele Vorteile auf: Sie sind wesentlich dünner und flexibler. Der entscheidende Vorteil liegt in der kostengünstigen und schnellen Herstellung. Daher eignen sie sich z.B. besser für Systeme unseres Alltags mit begrenzter Wirkungsdauer, wie zum Beispiel Sensoren oder elektronische Geräte, um diese energieautark zu betreiben. Der Einsatz von Batterien und Kabeln könnte somit in Zukunft drastisch reduziert werden.

Im Forscherteam arbeiten Chemiker, Physiker und Ingenieure eng zusammen. „Die interdisziplinäre Ausrichtung der Forschungsgruppe war ein absoluter Glücksfall und hat zu einem schnellen Fortschritt innerhalb des Projektes geführt. So konnten wir von der Synthese der Nanopartikel über die Modifikation ihrer Oberfläche bis hin zur Integration in Komposit-Materialien alles aus einer Hand leisten“, erläutert Gruppenleiter Dr. Michael Krüger. Das Projekt „Quantum Dot Polymer Hybride als photoaktives Material in Solarzellen“ wird innerhalb des IMTEK-Graduiertenkollegs „Micro Energy Harvesting“ durch die Deutsche Forschungsgesellschaft gefördert.

Institut für Mikrosystemtechnik – IMTEK
Katrin Grötzinger
katrin.groetzinger@imtek.uni-freiburg.de
www.imtek.uni-freiburg.de