Organische Solarzellen: Aufbau, Funktion, Vor- & Nachteile | Kesselheld

Organische Solarzellen: Aufbau, Funktion, Vor- & Nachteile

Organische Solarzellen (OSZ) bestehen aus unterschiedlichen Kohlenstoffverbindungen. Zum Einsatz kommen dabei Folien oder Leiterbahnen aus organischen Molekülen (organischer Halbleiter). Diese sind flexibler einsetzbar als kristalline Module aus Silizium. Jedoch verfügen organische Zellen über eine deutlich kürzere Lebensdauer und einen geringen Leistungsgrad im Vergleich zu den klassischen monokristallinen und polykristallinen Solarzellen.

Organische Solarzellen

Funktionsweise

Das Funktionsprinzip entspricht dem konventioneller kristalliner Solarmodule: Beide Technologien basieren auf der Aufnahme des Sonnenlichts. Diese Aufgabe übernimmt der Halbleiter. Er wechselt während dieses Vorgangs von einem nicht leitenden in den leitenden Zustand. Infolge dieser Reaktion fließt Strom.

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Typisch für organische Halbleiter sind Doppel- und Dreifachverbindungen zwischen den C-Molekülen in einem Kohlenwasserstoff. Generell kommen ganz unterschiedliche organische Materialien zum Einsatz.

Die Suche nach dem passenden Material ist jedoch nicht einfach. Denn eine wichtige Voraussetzung an den Halbleiter ist die Nutzung eines großen Anteils des Lichtspektrums für die Stromerzeugung. Auf der anderen Seite führt jedoch beispielsweise eine Absorption des besonders energiereichen UV-Lichts zu einer Zerstörung der Kohlenstoffverbindungen. In der Folge zersetzt sich das Material der organischen Solarzellen und die Nutzungsdauer verkürzt sich.

Wirkungsgrad

Industriell hergestellte organische Module weisen aktuell einen Wirkungsgrad von unter zehn Prozent auf. Je höher dieser Wert ausfällt, desto mehr des eingangs zugeführten Solarlichts wandelt die Zelle in nutzbare Energie um und umso höher ist die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage. In Laboren haben Forscher bereits einzelne OSZ mit Wirkungsgarden von über zehn Prozent produziert. Jedoch sind die hierfür verwendeten Entwicklungsverfahren bisher noch zu kostspielig für einen Einsatz in der Massenproduktion.

Im Gegensatz zu herkömmlichen kristallinen Photovoltaikmodulen aus Silizium erscheinen die Entwicklungspotenziale von organischen Solarzellen jedoch nach oben hin unbegrenzt. Siliziummodule besitzen aktuell zwar bereits einen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent. Doch aus physikalischen Gründen lässt sich dieser Wirkungsgrad auf maximal bis zu 30 Prozent steigern. So sind photovoltaische Zellen in der Lage lediglich einen gewissen Anteil des insgesamt zur Verfügung stehenden Sonnenlichts aufzunehmen. Solch eine obere Schranke existiert für organische Solarzellen nicht.

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Zudem finden organische Solarzellen auch in Form von sogenannten Tandem-Zellen sehr einfach und günstig Anwendung. Diese bestehen aus mehreren übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher organischer Halbleiter. Sie bestehen aus verschiedenen Materialien und nutzen unterschiedliche Teile des Lichtspektrums für die Energiegewinnung.

Geeignete Anwendungsgebiete

Organische Solarzellen lassen sich in die Fassade von Gebäuden integrieren. Hier finden Sie Platz in Glas, Folien, Textilien oder Bauelementen. Aber auch schattige Flächen bieten Möglichkeiten für die Platzierung. Denn sie arbeiten auch an Plätzen mit ungünstigen Einstrahlungsverhältnissen der Sonne.

Hersteller

Seit einigen Jahren gibt es die ersten kommerziellen Anbieter, die organische Sonnenzellen zum Kauf anbieten. So stellt beispielsweise das in Freiburg ansässige Fraunhoferinstitut für Solare Energiesysteme (ISE) bereits in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern eine günstige OSZ auf flexibler Folie her.

Selbst bauen

Das in Australien beheimatete Victorian Organic Solar Cell Consortium hat die bisher größte organische Solarzelle entwickelt. Ihre Herstellung beruht auf einem einfachen 3D-Druckverfahren. Die OSZ besitzt die Größe eines Blatts Briefpapier und einen Wirkungsgrad von maximal sechs Prozent. Allerdings dürften noch einige Jahre bis zu einer möglichen Serienreife vergehen. So kostete der zur Produktion dieser OSZ verwendete Drucker umgerechnet rund 150.000 Euro.