Plastiksolarzellen einen Energieschub geben

Polymersolarzellen finden Verwendung in Rucksäcken und Regenschirmen zum Aufladen von Solarzellen, wandeln aber immer noch nur etwa 6 Prozent der Energie des Sonnenlichts in Strom um – oder etwa ein Drittel dessen, was herkömmliche Silizium-Panels leisten können. Wenn die Effizienz von Polymersolarzellen – die billiger und leichter sind als Siliziumzellen – deutlich gesteigert werden können, könnten sie sich ideal zum Verputzen von Dächern oder zum Laminieren von Fenstern eignen.

Power-Kunststoffe: Bis Ende dieses Jahres will Solarmer Energy mit seinen bedruckbaren Kunststoff-Solarzellen einen Wirkungsgrad von 10 Prozent erreichen. Seine organischen Solarmodule sollen bis Anfang 2011 in Rucksäcke und Handy-Ladepanels integriert werden.

Solarmer Energy , mit Sitz in El Monte, Kalifornien, soll bis Ende dieses Jahres einen Wirkungsgrad von 10 Prozent erreichen, sagt Yue Wu, Geschäftsführer und Direktor für Forschung und Entwicklung des Unternehmens. Organische Zellen werden wahrscheinlich mindestens diese Effizienz benötigen, um auf dem Photovoltaikmarkt zu bestehen.

In Zusammenarbeit mitLuping Yu, Professor an der University of Chicago, hat das Startup zuvor Polymere entwickelt, die einen breiten Wellenlängenbereich absorbieren, und Zellen hergestellt, die Sonnenlicht mit einer Rekordeffizienz von fast 8 Prozent in Elektrizität umwandeln.

Polymersolarzellen mit noch höheren Wirkungsgraden sind in Arbeit. Solarmer kooperiert mit Um Kontakt mit Yang aufzunehmen , Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften an der University of California, Los Angeles. Yang arbeitet an einem Stapel mehrerer Zellen, die verschiedene Lichtbänder absorbieren. Er erwartet, mit diesem Ansatz zusammen mit neuen Polymeren und einem besseren Gerätedesign einen Wirkungsgrad von 12 bis 15 Prozent zu erreichen. Bisher hat er Laborprototypen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 6 Prozent hergestellt. Dieses Werk präsentiert er am Dienstag im Treffen der American Physical Society .

Polymersolarzellen sollten billiger in der Herstellung sein als Dünnschicht-Cadmium-Tellurid- oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-(CIGS)-Solarzellen, da sie kostengünstige Materialien verwenden, die einfach zu drucken sind, sagt Michael McGehee , Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften an der Stanford University. McGehee glaubt jedoch, dass Polymerzellen einen Wirkungsgrad von mehr als 15 Prozent haben müssen, um einen großen Einfluss auf den Solarstrommarkt zu haben. Wir verstehen die Physik immer noch nicht gut genug, um die theoretische Grenze zu kennen, sagt McGehee. Ich denke, Zellen mit 15 bis 20 Prozent könnten möglich sein.

Das Forschungsteam von Solarmer verfolgt mehrere Taktiken, um die Zelleffizienz zu steigern. Seine Zellen bestehen aus einem halbleitenden Polymer, das Sonnenlicht absorbiert und Elektronen freisetzt, und einer Kohlenstoff-Nanostruktur, die die Elektronen zum externen Stromkreis transportiert.

Im Inneren des Polymers gehen Elektronen von einem niedrigen auf ein hohes Energieniveau, wenn sie von Photonen beschossen werden. Je kleiner die Differenz (oder Bandlücke) zwischen diesen Niveaus ist, desto mehr Licht absorbiert eine Zelle und desto höher ist ihre Effizienz. Eine Möglichkeit, die Bandlücke zu verringern, besteht darin, das höhere Energieniveau zu senken. Der Chemieprofessor Yu von der University of Chicago verwendet diese Technik, um neue Arten von Polymeren mit schmaler Bandlücke zu entwickeln. Das Schöne an organischen Solarzellen ist, dass wir in der Lage sind, neue Materialien zu entwickeln, die diese Energieniveaus anpassen können, sagt Yang.

Die Forscher versuchen auch, die Grenzfläche zwischen dem Polymer und der Kohlenstoff-Nanostruktur zu verbessern, damit Elektronen schneller zum äußeren Stromkreis gelangen können, ohne im Material eingeschlossen zu werden. Und sie entwickeln bessere Elektrodenmaterialien und verbesserte Methoden zur Herstellung der Elektroden. Yang sagt, dass diese Fortschritte es letztendlich ermöglichen werden, die Effizienz einzelner Zellen und gestapelter Zellen zu steigern.

Selbst wenn Solarmer sein Ziel von 10 Prozent Wirkungsgrad erreicht, kann es laut Wu bis zu drei Jahre dauern, bis das Unternehmen kommerzielle Dachpaneele mit diesen Werten drucken kann. Derzeit plant das Unternehmen, Anfang 2011 Geräte auf Laptoptaschen und Handyrückwänden zu platzieren, gefolgt von Markisen und Sonnenschirmen.

Yang sagt, dass organische Solarzellen nicht nur höhere Wirkungsgrade, sondern auch mehr Stabilität benötigen. Was kommerzialisiert wird, ist nicht die höchste Effizienz, sondern die reproduzierbareste Technologie, sagt er. Tatsächlich, Kunststoff-Solar-Startup Konarka , mit Sitz in Lowell, MA, produziert flexible Paneele in großem Maßstab trotz eines Wirkungsgrads von nur 3 bis 5 Prozent.

Adam Moulé , Professor für Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften an der University of California, Davis, sagt, dass die Erhöhung der Lebensdauer organischer Solarzellen heute die größte Herausforderung darstellt. Die Module von Solarmer haben eine Lebensdauer von bis zu drei Jahren.

Der gemeldete Effizienzrekord von 7,9 Prozent ist wirklich erstaunlich, sagt Moulé. Wenn organische Photovoltaik-Einheiten mit einer Energieeffizienz von mehr als 5 Prozent und einer garantierten Lebensdauer von über fünf Jahren hergestellt werden könnten, dann denke ich, dass sie aufgrund geringerer Panelkosten mit CIGS und Silizium konkurrenzfähig sein werden.

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