Solarzellen: Wie flexible Folien bisher ungenutzte Flächen erschließen sollen

Optimiertes Fertigungsverfahren soll helfen, die Kosten von immer effizienteren, flexiblen organischen Solarzellen zu senken.

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Das deutsche Unternehmen Heliatek in Dresden stattete ein Gebäude vom Samsung Advanced Institute of Technology in Südkorea mit 168 Solarfolien und mit mehr als 8 kWp aus.

(Bild: Heliatek)

Lesezeit: 3 Min.
Von
  • Jan Oliver Löfken

(This article is also available in English)

Der intensive Ausbau der Solarkraftwerke weltweit basiert heute auf der Dominanz von Silizium-Solarzellen. Der Markt wird bestimmt von Modulen mit Wirkungsgraden von deutlich über 20 Prozent. Parallel feiern die Solarzellen auf der Basis von Perowskit-Materialien immer neue Rekorde: aktuell liegt die beste Perowskit-Zelle bei 25,7 Prozent, im Tandem mit einer Siliziumzelle laut National Renewable Energy Laboratory NREL sogar bei 31,3 Prozent. Weniger Aufmerksamkeit zogen in den vergangenen Jahren flexible organische Solarzellen auf sich. Doch auch auf diesem Feld sind dank neuer Materialien und optimierter Fertigungsverfahren signifikante Fortschritte erfolgt.

Organische Solarzellen bilden die Grundlage für flexible Solarfolien. Das deutsche Unternehmen Heliatek in Dresden stattete beispielsweise erst Anfang November ein Gebäude vom Samsung Advanced Institute of Technology in Gyeonggi-do in Südkorea mit 168 Solarfolien aus. Auf einer Fläche von 147 Quadratmetern liefern diese Folien – bei einem Wirkungsgrad von knapp unter zehn Prozent – immerhin 8,4 Kilowatt Leistung. Weitere Installationen etwa an einem Windradturm in Spanien oder einem runden Speicher eines Heizkraftwerks in Marburg zeigen, dass sich mit den flexiblen Folien auch ungewohnte, bisher ungenutzte Flächen zu kleinen Solarkraftwerken verwandeln lassen.

Diese im Vergleich zu Siliziummodulen gut zehnmal leichteren Solarfolien haben eine große Chance auf höhere Effizienzen. So durchbrach vor knapp zwei Jahren eine chinesisch-amerikanische Arbeitsgruppe um Bryon W. Larson vom National Renewable Energy Laboratory in Golden die 18-Prozent-Schwelle. Verantwortlich für diese Steigerung waren in erster Linie nicht die fotovoltaisch aktiven Substanzen, sondern neue Donor- und Akzeptor-Materialien. Diese sorgen dafür, dass sich durch das Sonnenlicht erzeugte Exzitonen – Paare aus Elektronen und Elektronenlöchern – effizienter in ihre Bestandteile, also für die Erzeugung von Solarstrom nutzbare Ladungsträger, aufspalten lassen. Aktuell liegt der Rekordwert bei 18,2 Prozent, erzielt von Forschern der Beihang University und der Shanghai Jiao Tong University.

Über Rohstoffe und De-Globalisierung:

Von einer Solarzelle im Labor ist der Weg allerdings noch weit bis zu einem nutzbaren Solarmodul. Doch auch hier macht ein aktueller Ansatz von einem deutsch-chinesischen Team Hoffnung. Die Gruppe um Jie Min von der Wuhan University mit Beteiligung von Christoph Brabec von der Universität Erlangen-Nürnberg optimierte ein Verfahren, um die einzelnen Schichten einer organischen Solarzelle schneller und effizienter auf ein Trägermaterial aufzutragen. Ihr Verfahren erlaubt prinzipiell Produktionsraten von bis 30 Metern Solarfolie pro Minute. Bisher gelten lediglich zwei Meter pro Minute als Standard. Auch die Wirkungsgrade der so erzeugten Solarzellen können sich mit immerhin knapp 18 Prozent sehen lassen.

Gelingt es, diese Fortschritte in einen industriellen Fertigungsprozess zu überführen, werden flexible Solarfolien ihren derzeit noch verschwindend kleinen Marktanteil ausbauen können. Sollten dabei auch die Produktionskosten deutlich unter denen von Silizium-Modulen liegen, wäre ein breiterer Einsatz etwa an Hausfassaden oder auf Fahrzeugen durchaus möglich. Der Bedarf an leichten, günstigen und trotzdem effizienten Solarmodulen für diese Gebäude- oder Fahrzeug-integrierte Fotovoltaik wächst jedenfalls stetig.

(jle)