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Forscher steigern Wirkungsgrad organischer Solarzellen weiter

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Würzburg - Organische Solarzellen bestehen aus kostengünstigen Materialien und sind leicht herzustellen. Zwar ist der Wirkungsgrad im Vergleich zu Silizium-Solarzellen noch niedrig, doch die Forschung holt in diesem Bereich kontinuierlich auf.

Ein deutsche-chinesisches Wissenschaftlerteam hat eine Möglichkeit gefunden, organische Solarzellen leitfähiger und damit auch leistungsfähiger zu machen. Der Beitrag ist in der Zeitschrift Angewandte Chemie erschienen.

Das aktuelle Problem anorganischer und organischer Schichten
Organische Solarzellen wandeln Licht in elektrischen Strom um. Das Herzstück der Zellen ist die aktive Schicht, die aus speziell entwickelten organischen Molekülen besteht. Hier werden die Elektronen und Löcher, die positiven Gegenstücke der Elektronen, erzeugt. Die Ladungsträger wandern zu den Elektroden und bilden den elektrischen Strom. Ein grundsätzliches Problem beim Aufbau organischer Solarzellen ist die genaue Abstimmung der einzelnen Materialien. Die Elektroden sind anorganisch, aber die aktive Schicht ist organisch. In vielen organischen Solarzellen verbinden daher Zwischenschichten aus Metalloxid die Materialien. Aber deren Leitfähigkeit ist meist nicht optimal.

Ziel: höhere Leitfähigkeit der anorganischen Zinkoxidschicht
Die Teams um Frank Würthner von der Universität Würzburg und Zengqi Xie von der South China University of Technology in Guangzhou versuchten nun, die Zinkoxidschicht zwischen der negativen Elektrode und der aktiven Schicht etwas organischer und unter Licht leitfähig zu machen. Damit sollte der Kontaktwiderstand unter Sonnenlichteinstrahlung verringert werden. Die Wissenschaftler bereiteten einen organischen Farbstoff so auf, dass er stabile Komplexe mit Zinkionen bildet, die sich in der Zinkoxidschicht befinden. Dieser modifizierte Farbstoff mit dem Namen Hydroxy-PBI kann unter Sonnenlicht selbst Elektronen in die Zinkoxidschicht einspeisen, was deren Leitfähigkeit erhöht.

Steigerung des Wirkungsgrades auf fast 16 Prozent erreicht
Die neue Solarzelle besteht aus einer Indium-Zinnoxid-Glaselektrode, der Hydroxy-PBI-dotierten Zinkoxidschicht, der aktiven Schicht aus einem Polymer als Elektronendonor und einem organischen Molekül als Akzeptor, einer weiteren Metalloxidzwischenschicht und einer Aluminiumelektrode als positiver Elektrode. Dieser Aufbau einer invertierten Bulk-Heterojunction-Architektur entspricht der einer modernen leistungsfähigen organischen Solarzelle. Wurden mit diesem Aufbau bisher Wirkungsgrade von bis zu 15 Prozent erreicht, gelang es den Wissenschaftlern, mit der neuen Dotierung den Wirkungsgrad auf fast 16 Prozent zu erhöhen. Gleichzeitig ist die Zinkoxid-Zwischenschicht durch die anorganisch-organische Hybridstruktur stabiler geworden. Die Autoren planen, das Verfahren für andere Zwischenschichten und zum Beispiel auch auf die OLED-Technologie auszuweiten.

© IWR, 2019


26.08.2019

 



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