Polymer steigert Wirkungsgrad von organischen Solarzellen

Sonnenlicht erzeugt in organischen Solarzellen weitaus mehr elektrische Ladungen als bisher für die Stromerzeugung genutzt werden. Nun konnten Wissenschaftler dieses Problem mit einem neuen Zusatz teilweise aus dem Weg räumen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, könnte ihre Methode den Wirkungsgrad von organischen Solarzellen deutlich steigern helfen. Diese Forschung hat ein klares Ziel: Flexible und günstig zu produzierende organische Module sollen die Effizienz von starren Solarmodulen auf Siliziumbasis von deutlich über 20 Prozent erreichen.

„Diese Materialien können gedruckt werden wie Druckerschwärze auf Zeitungen und zu rollbaren Solarfilmen vergleichbar mit Plastikfolie führen“, sagt David Ginger von der University of Washington im amerikanischen Seattle. Mit seinen Kollegen entschlüsselte er, wie die Effizienz dieser organischen Solarzellen über die genaue Analyse quantenphysikalischer Prozesse gesteigert werden könnten. Dazu fügten sie ein neues Polymer – aufgebaut aus Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff und Wasserstoff – zu heute schon verwendeten lichtaktiven Materialien hinzu. Dieser Zusatz beeinflusste die Ausrichtung der Spins von Elektronen. So konnte ein sogenannter Triplettzustand wieder in freie elektrische Ladungen für die Stromgewinnung umgewandelt werden. Bisher ging die Energie in diesem Zustand ungenutzt verloren, da er ausschließlich zu einer Wiedervereinigung von Elektronen und Elektronenlöchern führte. Dieser Kanal der Rekombination ließ sich erfolgreich unterdrücken.

Die exakte Untersuchung von Spinzuständen in organischen Solarzellen ist ein wichtiger Schritt, um mit geeigneten Zusätzen die Effizienz von organischen Solarzellen zu erhöhen. In weiteren Versuchen mit nutzbaren Solarmodulen muss diese Methode allerdings noch zeigen, wie groß die Steigerung der Wirkungsgrade tatsächlich ausfallen können. Grundsätzlich belegt diese Studie, dass das Potenzial von Solarzellen noch lange nicht ausgereizt ist und – zumindest für organische Solarzellen – eine Verdopplung der Wirkungsgrade und damit eine wirtschaftlichere Stromgewinnung durchaus erreichbar ist.