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Bedruckbares Solarzellenmaterial erreicht einen Meilenstein
Eine neue Art der Herstellung druckbarer organischer Solarzellen könnte schließlich zu neuen Arten von kostengünstigen, billigen und flexiblen Solarmodulen führen.
Die Arbeit wird geleitet von Alan Heeger und Guillermo Bazan , beide Professoren für Chemie an der University of California, Santa Barbara. Heeger hat das geteilt Nobelpreis für Chemie im Jahr 2000 für die Entwicklung von leitfähigen Polymeren, die bereits für die Herstellung von Kunststoffsolarzellen und organischen Leuchtdioden verwendet werden.
Polymersolarzellen sind im Vergleich zu Siliziumsolarzellen ineffizient, aber in der Herstellung viel billiger. Organische Materialien – seien es Polymere oder sogenannte Small Molecules, also organische Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht – können zu Tinten verarbeitet und großflächig bedruckt werden. Sie sind außerdem leicht und flexibel, was sie für Anwendungen wie Dachinstallationen oder Solarzellen-Patches zum Aufladen tragbarer Elektronik vielversprechend macht.
Mit einem neuen kleinen Molekül von Bazan baute Heeger eine Solarzelle, die 6,7 Prozent der einfallenden Lichtenergie in Strom umwandelt. Bazan erwartet, innerhalb eines Jahres einen Wirkungsgrad von 9 Prozent zu erreichen. Obwohl die Wirkungsgrade in Labortests tendenziell viel höher sind als die in einer hergestellten Zelle, würden diese Materialien damit auf Augenhöhe mit den besten Polymersolarzellen auf dem Markt sein.
Bisher konzentrierten sich die meisten Bemühungen zur Verbesserung der Leistung und Kosten organischer Solarzellen auf die Entwicklung neuer Polymermaterialien.
Bazan nutzte eine Kombination aus Theorie und Versuch und Irrtum, um das neue kleinmolekulare Material zu entwickeln. Er begann damit, seine elektrischen Eigenschaften zu optimieren, damit das Molekül die hohen Ströme und Spannungen unterstützen kann, die erforderlich sind, um Strom aus einer Solarzelle zu gewinnen. Es ist besonders schwierig, ein Material mit kleinen Molekülen zu erstellen, das einen guten Film ergibt. Während Polymere lang sind und sich zu einem stabilen Film verheddern, neigen kleine Moleküle nicht dazu, die Art von planaren Filmen herzustellen, die für die Herstellung einer Schicht in einer Solarzelle erforderlich sind.
Nach langem Tüfteln auf dem Labortisch fand Bazans Gruppe ein geeignetes kleines Molekül und ein Verfahren zur Herstellung einer hocheffizienten niedermolekularen Solarzelle. Die Arbeit ist in der Zeitschrift beschrieben Naturmaterialien . Bazan erwartet, die Leistung durch maßgeschneiderte Materialien im Design weiter zu verbessern.
Heeger sagt, er habe niedermolekulare Solarmaterialien in der Vergangenheit nicht ernst genommen, weil die Leistung düster war. Andere Leute haben kleine Moleküle verwendet, aber die Leistung lag weit unter der von Polymeren, sagt er.
Dennoch kann es für organische Solarzellen schwierig werden, echte Konkurrenten auf dem Energiemarkt zu werden, insbesondere wenn Siliziumzellen billiger werden. Die Leistung und Lebensdauer sind noch nicht da, sagt Um Kontakt mit Yang aufzunehmen , Professor für Materialwissenschaften und -technik an der University of California, Los Angeles. Yang arbeitet in seiner Firma Solarmer an polymeren Solarmaterialien und in seinem akademischen Labor an niedermolekularen Solarzellen; Sein Ziel sind 15 Prozent Wirkungsgrad in einer laborgefertigten Zelle. Yang sagt jedoch, dass die Arbeit von Santa Barbara eine wichtige Demonstration des Potenzials der kleinmolekularen Solarenergie ist.
Wie sich diese Materialien auf dem Markt behaupten werden, sagt Heeger, es sei noch zu früh, um es zu wissen, aber er glaubt, dass die Wirkungsgrade ein respektables Niveau erreicht haben und dass diese Solarmaterialien vielversprechend sind. Jetzt sollten wir sie ernst nehmen, sagt er.