Deutschland entwickelt halbtransparente organische Photovoltaikmodule mit 9,26 % Wirkungsgrad

de.wedoany.com-Bericht: Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) und die Universität Freiburg haben Forschungsergebnisse zu halbtransparenten organischen Photovoltaikmodulen veröffentlicht. Das Forschungsteam stellte mit einem für die skalierte Fertigung geeigneten Verfahren organische Photovoltaikmodule mit einer Größe von 14,5 cm × 14,5 cm und einer Fläche von etwa 210 cm² her. Die Module erreichten eine durchschnittliche Transparenz von 43,2 % und einen maximalen photoelektrischen Wirkungsgrad von 9,26 %. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Joule veröffentlicht.

Das Forschungsteam kombinierte Magnetronsputtern (Sputtering) mit dem Schlitzdüsen-Beschichtungsverfahren (Slot-Die-Coating) für die Modulherstellung. Beide Verfahren verfügen bereits über eine industrielle Anwendungsbasis und lassen sich auf größere Modulflächen ausweiten. Die photoaktive Schicht wurde mittels Schlitzdüsen-Beschichtung hergestellt, wobei ein nicht-halogeniertes Lösungsmittelsystem verwendet wurde, um die Abhängigkeit von speziellen Lösungsmitteln und Labordepositionsmethoden beim Übergang von kleinen Labormusterzellen zu kontinuierlichen, großflächigen Produktionsprozessen zu verringern.

Die im Rahmen der Forschung hergestellten halbtransparenten Module erreichten eine maximale Transmission im sichtbaren Lichtbereich von etwa 50 %. Die in der Veröffentlichung angegebene Lichtnutzungseffizienz (LUE) erreichte maximal etwa 4 %, die zur gleichzeitigen Bewertung von Stromerzeugungseffizienz und Transmission im sichtbaren Lichtbereich dient. Durch die Anpassung der organischen Halbleiter-Absorberschicht und der transparenten Elektroden erreichte das Forschungsteam, dass die Module hauptsächlich im nahen Infrarotbereich absorbieren und gleichzeitig einen hohen Anteil des sichtbaren Lichts durchlassen.

Neben starren Modulen verifizierte das Team denselben Fertigungsansatz auch auf flexiblen Substraten. Flexible Module zeigten nach 1275 Biegezyklen um einen Teststab mit einem Durchmesser von etwa 15 mm keine Leistungsabnahme. Darüber hinaus untersuchten die Forscher mittels Lock-in-Thermografie und Elektrolumineszenzbildgebung lokale Kurzschlüsse und Defekte, die beim Hochskalieren der Fertigung entstehen, um Bereiche zu identifizieren, die die Leistungsgleichmäßigkeit großflächiger Module beeinträchtigen.

Fraunhofer ISE positioniert diese Technologie ausdrücklich für gebäudeintegrierte Photovoltaik und Agri-Photovoltaik sowie andere Anwendungsszenarien, die Lichtdurchlässigkeit erfordern. Die derzeit veröffentlichten Ergebnisse befinden sich noch in der Phase der Modulentwicklung und Prozessvalidierung; Angaben zu kommerziellen Massenfertigungslinien, Produktionskapazitäten, Zeitplänen für die Serienproduktion oder Produktzertifizierungen wurden noch nicht bekannt gegeben.