Ein Forschungsteam hat erfolgreich ein neuartiges Akzeptormaterial mit großem Potenzial entwickelt und mithilfe des halogenfreien Lösungsmittels Toluol eine hocheffiziente organische Solarzelle hergestellt. Die zertifizierte Leistungsumwandlungseffizienz beträgt 20,02 %. Dieser Fortschritt bietet eine neue Lösung für die ökologischen und technologischen Herausforderungen bei der großtechnischen Produktion organischer Photovoltaik-Bauelemente.

Die Herstellung herkömmlicher hocheffizienter organischer Solarzellen basiert häufig auf halogenierten Lösungsmitteln. Deren hohe Flüchtigkeit ist jedoch für die Massenproduktion nachteilig. Der Einsatz umweltfreundlicherer, hochsiedender halogenfreier Lösungsmittel führt oft zu einer geringeren Leistung der Bauelemente. Um diesen Widerspruch zu lösen, entwickelte ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Ge Ziyi am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein vereinfachtes Verfahren, das für Toluol als Lösungsmittel geeignet ist. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Advanced Materials* veröffentlicht.

Das Forschungsteam integrierte zwei große Gastakzeptoren (G-1O und G-3O) mit unterschiedlichen sauerstoffhaltigen Seitenketten in ein PM6:BTP-eC9-Aktivschichtgemisch. Die Zugabe dieser Akzeptormaterialien verlängerte die Kristallisationszeit des Films, unterdrückte übermäßige Aggregation und förderte eine feinere Phasentrennung. Insbesondere die kürzeren Seitenketten des G-1O-Akzeptors tragen zu einer gleichmäßigeren Phasenverteilung bei, was den Ladungstransport verbessert und den Spannungsabfall reduziert.

Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die G-1O-basierte ternäre Zelle einen photoelektrischen Wirkungsgrad von 19,90 % erreicht und damit den der G-3O-basierten Zelle (17,90 %) übertrifft. Durch Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung konnte der Wirkungsgrad der G-1O-basierten Zelle weiter auf 20,02 % gesteigert werden. Darüber hinaus nutzte das Forschungsteam dieses Materialsystem zur Herstellung eines großflächigen Moduls mit einer Fläche von 15,6 Quadratzentimetern. Es erreichte einen Wirkungsgrad von 16,97 % ohne Totzonen und bestätigte damit die Skalierbarkeit der Technologie.

Diese Arbeit demonstriert einen praktikablen Weg zur Herstellung von organischen Hochleistungssolarzellen unter Verwendung halogenfreier Lösungsmittel und legt damit den Grundstein für deren kommerzielle Photovoltaik-Anwendung. Die Entwicklung neuartiger Akzeptormaterialien spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Weitere Informationen: Autoren: Lin Xie et al., Titel: „Riesige Akzeptoren mit neuartigen sauerstoffhaltigen Linkern modulieren die molekulare Kristallisationsdynamik für hocheffiziente halogenfreie organische Solarzellen“, veröffentlicht in: Advanced Materials (2025). Zeitschrifteninformationen: Advanced Materials