Organische Solarzellen bestehen aus Kohlenstoffverbindungen. Zum Einsatz kommen Folien oder Leiterbahnen aus organischen Molekülen, die als Halbleiter dienen. Sie sind flexibler einsetzbar als kristalline Module aus Silizium, haben jedoch eine kürzere Lebensdauer und einen geringeren Wirkungsgrad als klassische monokristalline und polykristalline Solarzellen.

Funktionsweise

Das Grundprinzip entspricht dem konventioneller kristalliner Solarmodule: Der Halbleiter nimmt das Sonnenlicht auf und wechselt dabei vom nicht leitenden in den leitenden Zustand, wodurch Strom fließt. Typisch für organische Halbleiter sind bestimmte Verbindungen zwischen den Kohlenstoffmolekülen, wobei ganz unterschiedliche organische Materialien zum Einsatz kommen. Die Materialsuche ist jedoch anspruchsvoll: Der Halbleiter soll einen möglichst großen Teil des Lichtspektrums nutzen, doch die Absorption des sehr energiereichen UV-Lichts kann die Kohlenstoffverbindungen zerstören. In der Folge zersetzt sich das Material, und die Lebensdauer sinkt.

Wirkungsgrad

Industriell hergestellte organische Module erreichen im Serieneinsatz bislang einen vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad. Je höher dieser Wert, desto mehr des einfallenden Sonnenlichts wird in nutzbare Energie umgewandelt und desto höher ist die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage. In Laboren haben Forscher den Wirkungsgrad organischer Zellen in den vergangenen Jahren deutlich gesteigert und Werte von rund 19 Prozent erreicht, allerdings sind die dafür nötigen Verfahren noch zu teuer für die Massenproduktion. Im Gegensatz zu Siliziummodulen, deren Wirkungsgrad heute bei rund 20 bis 23 Prozent liegt und physikalisch auf etwa 29 bis 30 Prozent begrenzt ist, gelten die Entwicklungspotenziale organischer Zellen als groß. Zusätzlich lassen sich sogenannte Tandemzellen aufbauen, bei denen mehrere Schichten unterschiedlicher Halbleiter übereinanderliegen und jeweils andere Teile des Lichtspektrums nutzen.

Geeignete Anwendungsgebiete

Organische Solarzellen lassen sich gut in Gebäudefassaden integrieren, etwa in Glas, Folien, Textilien oder Bauelemente. Da sie auch bei ungünstigen Einstrahlungsverhältnissen und diffusem Licht arbeiten, kommen sogar teilverschattete Flächen infrage. Diese Flexibilität ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber starren Siliziummodulen und eröffnet neue architektonische Möglichkeiten.

Hersteller und Forschung

Inzwischen gibt es erste kommerzielle Anbieter organischer Solarzellen. Forschungseinrichtungen wie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg arbeiten gemeinsam mit Partnern an günstigen organischen Zellen auf flexibler Folie. Auch im Ausland wird intensiv geforscht: Große organische Solarzellen lassen sich beispielsweise in einfachen Druckverfahren herstellen. Die Serienreife mit hohem Wirkungsgrad und langer Lebensdauer ist jedoch noch nicht erreicht, sodass organische Zellen die klassischen Siliziummodule bislang nicht ersetzen, sondern ergänzen.

Vor- und Nachteile

Die Vorteile organischer Solarzellen liegen in der günstigen Herstellung, dem geringen Gewicht, der Flexibilität und der Nutzung diffusen Lichts. Dem stehen als Nachteile die noch geringe Lebensdauer und der im Serieneinsatz niedrigere Wirkungsgrad gegenüber. Für den klassischen Einsatz auf dem Hausdach, bei dem hohe Erträge über viele Jahre gefragt sind, bleiben Siliziummodule daher vorerst die erste Wahl. Organische Zellen spielen ihre Stärken dort aus, wo Flexibilität, geringes Gewicht oder eine gestalterische Integration wichtiger sind als der maximale Wirkungsgrad.

Fazit

Zusammengefasst sind organische Solarzellen eine spannende Zukunftstechnik, die durch ihre Flexibilität und die günstige Herstellung neue Anwendungen erschließt. Ihr Wirkungsgrad ist im Labor deutlich gestiegen, im Serieneinsatz aber noch begrenzt, und die Lebensdauer bleibt der wesentliche Nachteil. Für Fassaden, Folien und Textilien bieten sie schon heute interessante Möglichkeiten, für die klassische Stromerzeugung auf dem Dach sind Siliziummodule jedoch nach wie vor überlegen. Die weitere Forschung wird zeigen, wie schnell organische Zellen aufholen können.

Ein weiterer Aspekt ist die Umweltbilanz: Organische Solarzellen benötigen bei der Herstellung deutlich weniger Energie und Rohstoffe als Siliziummodule, was ihre ökologische Bilanz verbessert. Zudem lassen sie sich in Rolle-zu-Rolle-Verfahren drucken, was eine kostengünstige Massenfertigung ermöglichen könnte, sobald Wirkungsgrad und Lebensdauer ausreichend hoch sind. Für mobile Anwendungen, tragbare Geräte oder die Integration in Gebäude und Fahrzeuge sind diese Eigenschaften besonders attraktiv. Auch wenn organische Zellen die klassische Photovoltaik auf dem Dach vorerst nicht ersetzen, könnten sie langfristig neue Anwendungsfelder erschließen, in denen Flexibilität und geringes Gewicht wichtiger sind als der maximale Wirkungsgrad.

Zusammengefasst sind organische Solarzellen eine vielversprechende, aber noch junge Technik. Sie punkten mit Flexibilität, geringem Gewicht, günstiger Herstellung und der Nutzung diffusen Lichts, während die begrenzte Lebensdauer und der im Serieneinsatz noch niedrige Wirkungsgrad die wesentlichen Schwächen bleiben. Für die klassische Stromerzeugung auf dem Hausdach sind Siliziummodule daher weiterhin die bessere Wahl. In Nischen wie der Gebäudeintegration, bei Textilien oder mobilen Anwendungen könnten organische Zellen jedoch zunehmend an Bedeutung gewinnen, wenn die Forschung die verbleibenden Hürden überwindet.

Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die Photovoltaik ein sehr dynamisches Forschungsfeld ist, in dem neben den etablierten Siliziummodulen laufend neue Zelltypen erprobt werden. Organische Solarzellen sind ein Beispiel dafür, wie durch neue Materialien zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten entstehen könnten. Für die Praxis auf dem Hausdach bleibt jedoch die bewährte Siliziumtechnik der Maßstab.

Häufige Fragen zu organischen Solarzellen

Wie hoch ist der Wirkungsgrad organischer Solarzellen?

Organische Solarzellen erreichen bislang niedrigere Wirkungsgrade als klassische Siliziummodule, im Labor inzwischen aber zweistellige Werte. Ihre Stärken liegen weniger im Spitzenwirkungsgrad als in Flexibilität, geringem Gewicht und günstiger Herstellung.

Wofür eignen sich organische Solarzellen?

Wegen ihrer Biegsamkeit und Transparenz eignen sie sich für gebäudeintegrierte Anwendungen, Fassaden, Folien und mobile Kleingeräte. Für die klassische Dachanlage bleiben kristalline Module derzeit die effizientere Wahl.