ADAPT – Klimaanpassung durch organische Agri-Photovoltaik

Der Klimawandel ist in den letzten Jahren in Deutschland konkret erlebbar geworden. Hitzesommer und geringe Niederschläge in den Wintern haben vielerorts zu massiven Problemen in der Landwirtschaft geführt. Geschützter Anbau unter Folien ist ein aktueller Trend, der zusätzliche Kosten und Müllprobleme verursacht. In diesem Projekt sollen hochtransparente organische Solarzellen entwickelt werden, die das für Pflanzen wichtige sichtbare Licht hindurchlassen und den infraroten Anteil zur Stromerzeugung nutzen. Diese könnten es möglich machen, aus den Folienabdeckungen, die die Pflanzen vor Starkregen, Hagel, Sonnenbrand und Austrocknung schützen sollen, gleichzeitig den dringend benötigten Solarstrom für eine gelingende Energie- und Mobilitätswende zu gewinnen.

Ein Alleinstellungsmerkmal der Organischen Photovoltaik (OPV) ist die einmalige Anpassungsfähigkeit der organischen Halbleitermaterialien. So können durch eine veränderte Molekülstruktur die optischen Eigenschaften so eingestellt werden, dass die Solarzellen das Licht im Nahinfrarot stark absorbieren, sichtbares Licht jedoch ungehindert passieren lassen. Dies ist mit herkömmlichen und auch Perowskit Halbleitern nicht möglich, da in diesen kristallinen Materialien Photonen mit einer Energie größer als der Bandlücke immer absorbiert werden. Dabei steigt sogar der Absorptionskoeffizient mit zunehmender Energie, was bedeutet, dass sichtbares Licht immer stärker absorbiert wird als infrarotes Licht. Durch diese einzigartige Eigenschaft können hochtransparente Solarzellen mit einem höheren Wirkungsgrad hergestellt werden als mit herkömmlichen Technologien. Durch den Mehrwert des Solarstroms könnten hochwertigere Folien und Glasgewächshäuser gegenfinanziert werden, so dass den Landwirten die Klimaanpassung finanziell erleichtert und weit weniger Müll in Form billiger Plastikfolien freigesetzt wird. Damit würde gleichzeitig ein Beitrag zur Anpassung an den Klimawandel wie zu seiner Vermeidung geleistet.

Das Projekt »ADAPT« soll die Forschenden des Fraunhofer ISE mit potenziellen Anwendern in der Landwirtschaft zusammenbringen, um Anforderungen aus der Praxis an die Technologie zu ermitteln und umgekehrt den Landwirten erste Erfahrungen mit organischen Solarfolien zu ermöglichen. Es sollen aktuell in der Entwicklung befindliche Infrarot absorbierende OPV-Materialien im Labor optimiert und transparente OPV-Module im Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestellt werden. Neben der eigentlichen Entwicklung dieser hochtransparenten OPV sind für eine zielgerichtete Technologieentwicklung und eine erfolgreiche Markteinführung die genaue Kenntnis der praktischen Anforderungen der Anwender äußerst wichtig, um mögliche Hürden für eine breite Akzeptanz und schnelle Verbreitung der Technologie frühzeitig zu erkennen und in die Entwicklung einfließen zu lassen. Im Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestellte Module werden Anwendern zur Verfügung gestellt um erste Eindrücke von Transparenz, den mechanischen Eigenschaften und möglichen Formaten zu ermöglichen. Die Exposition der Module im Feld soll auch Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften und mögliche Schwachstellen aufzeigen. Gemeinsam mit den Anwenderinnen und Anwendern sollen Ideen für praktikable Systeme und Einsatzmöglichkeiten diskutiert werden. 

Im ersten Jahr des Projekts lag der Fokus der Entwicklung darauf, mit Test verschiedener organischer Halbleiter eine geeignete Kombination für die ersten Demonstratormodule zu identifizieren und die Dünnschichtoptik der NIR spiegelnden Rückelektrode mit Simulationen zu optimieren.

April 2022 wurde der erste Workshop mit Personen aus dem landwirtschaftlichen Umfeld durchgeführt. Der Fokus lag auf dem Austausch und den jeweiligen Praxisanforderungen, wie dem Wunsch nach hoher Flexibilität (Belüftung, Beschattungsgrad), sowie den Bedenken gegenüber den Belastungsfaktoren Schnee- und Windlasten und der Diskussion von Lösungsansätzen.

Über die Homepage meldeten sich bereits mehrere Interessierte, die an der Nutzung dieser Systeme interessiert sind und für ein Demonstratorprojekt zur Verfügung stehen würden.