Die Technische Universität Chemnitz hat einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der gedruckten Solarzellen erzielt. Unter der Leitung von Prof. Dr. Arved Hübler, der am Institut für Print- und Medientechnik tätig ist, konnte das Forschungsteam die Effizienz und Haltbarkeit dieser innovativen Solarzellen erheblich steigern. Die aktuelle Entwicklung stellt einen Meilenstein dar, da die neuartigen Solarzellen nun eine Effizienz von neun Prozent erreichen, während die erste Version im Jahr 2011 lediglich eine Effizienz von 1,7 Prozent aufwies. Diese Verbesserung geht einher mit einer Produktionsausbeute von über 88 Prozent, was für eine derartige Technologie bereits als sehr hoch angesehen wird.
Die Solarzellen bestehen aus einer zentralen photoaktiven Schicht, in der organische Halbleiter integriert sind. Diese Schicht ist entscheidend für die Umwandlung von Licht in Elektronenstrom. Die verwendete Polymermischung PM6:Y12 ist in fünf zusätzliche Schichten eingebettet, die zusammen das gesamte Funktionsspektrum der Solarzelle realisieren. Der Druckprozess erfolgt auf einer Rollendruckmaschine, die flüssige Druckfarben schichtweise aufträgt und anschließend trocknet. Dabei wird nicht die Farbe der Schichten, sondern ihre elektrische Funktionalität genutzt.
Um die neu entwickelten Solarzellen weiter zu testen, wurden sie im Rahmen einer universitätsübergreifenden Forschungsgruppe, bekannt als „POPULAR“, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, einer gründlichen Untersuchung unterzogen. Diese Kooperation umfasst mehrere deutschsprachige Universitäten, darunter die Universität Erlangen-Nürnberg, wo die Solarzellen einer beschleunigten Alterung unterzogen werden. Die Ergebnisse dieser Tests sind entscheidend, um die Haltbarkeit der Zellen zu bewerten und Verbesserungspotenziale zu identifizieren.
Prof. Dr. Carsten Deibel, der Sprecher der DFG-Forschergruppe, erläutert, dass die gealterten Solarzellen nach sechs Wochen im Vergleich zu frischen Zellen analysiert werden. Diese vergleichenden Studien sollen Aufschluss über die Alterungsprozesse geben und werden in Zusammenarbeit mit anderen führenden Wissenschaftlern durchgeführt. Die gewonnenen Daten fließen in Simulationsprogramme ein, die in einer weiteren Forschungskooperation entwickelt werden. Diese Programme bieten Einblicke in die Leistung der gedruckten Solarzellen und helfen, deren Design zu optimieren.
Die Bedeutung der gedruckten Solarzellen geht über die Forschung hinaus. Laut Prof. Hübler stellen sie einen vielversprechenden Kandidaten für die nächste Generation von Solarzellentechnologien dar. Der gegenwärtige Markt wird von traditionell hergestellten Solarzellen dominiert, die zwar kostengünstig sind, jedoch energieintensiv hergestellt werden. Gedruckte Solarzellen hingegen bieten die Möglichkeit, mit weniger Energie in kürzerer Zeit große Flächen zu produzieren. Dies könnte insbesondere in der Landwirtschaft von Vorteil sein, wo flexible Lösungen gefordert sind, um den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen.
Die Forschungsergebnisse der Gruppe POPULAR tragen dazu bei, grundlegende Fragen zur Lebensdauer und Stabilität der Solarzellen zu klären. Diese Erkenntnisse sind entscheidend, um eine nachhaltige Solarzellenproduktion zu etablieren und die Industrie in Deutschland voranzubringen. Die Vision der Forscher ist es, eine neue Ära der Solarzellentechnologie einzuleiten, die sowohl ökologisch als auch ökonomisch vorteilhaft ist.
Die DFG-Forschungsgruppe „POPULAR – Gedruckte & stabile organische Photovoltaik mit Nicht-Fullerenakzeptoren“ wird mit etwa fünf Millionen Euro unterstützt und umfasst 14 Wissenschaftler aus verschiedenen Institutionen. Ihr gemeinsames Ziel ist es, organische Solarzellen mit kosteneffizienten Drucktechniken zu entwickeln und deren Leistungsfähigkeit durch gezielte Experimente und Simulationen zu steigern.
Die Fortschritte in der Entwicklung gedruckter Solarzellen an der TU Chemnitz könnten somit nicht nur die Solarindustrie revolutionieren, sondern auch einen signifikanten Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels leisten, indem sie eine nachhaltige und innovative Energiequelle bereitstellen.
