Durchblick-PV – Entwicklung von organischen Solarmodulen mit hoher visueller Transparenz

Für zahlreiche potenzielle Photovoltaik-Anwendungen an Gebäuden, Fahrzeugen oder in der Landwirtschaft ist eine signifikante Transparenz der Solarzellen bzw. -module im sichtbaren Spektralbereich wünschenswert, wenn nicht Voraussetzung für eine erfolgreiche Umsetzung. Bestimmte organische Halbleiter sind in der Lage, infrarote Strahlung stark zu absorbieren und gleichzeitig sichtbares Licht fast vollständig zu transmittieren. Diese bemerkenswerte Eigenschaft ist der Schlüssel für die Realisierung organischer Solarmodule mit hoher visueller Transmission und homogenem Erscheinungsbild, d.h. insbesondere ohne Lücken. Dazu müssen neben den organischen Absorbermaterialien auch neuartige Elektroden mit sehr spezifischen optischen Eigenschaften entwickelt werden.

Im Projekt Durchblick-PV sollen Wirkungsgrad und visuelle Transmission der organischen Solarzellen gesteigert werden. Hierfür werden neue Kombinationen von organischen Halbleitern, insbesondere so genannte Nicht-Fulleren Akzeptoren in der photoaktiven Schicht getestet, die eine sehr starke Absorption im nahinfraroten Spektralbereich aufweisen und dabei sichtbares Licht nahezu ungehindert passieren lassen. Auch an den beiden Elektroden wird gearbeitet. Auf der Vorderseite der Solarzellen kommt es auf eine sehr hohe und sehr breitbandige Transmission an, damit sowohl das sichtbare Licht als auch das NIR-Licht hindurchkommen. Hierfür werden Systeme auf Basis von PEDOT:PSS untersucht, die bei Heraeus entwickelt werden. Auf der Rückseite der Solarzelle soll die zweite Elektrode das sichtbare Licht möglichst gut hindurchlassen, während das NIR-Licht stark reflektiert werden soll, um nochmals in die Solarzelle zurück zu gelangen und dort absorbiert und in Strom gewandelt zu werden. Hierfür werden am Fraunhofer ISE gesputterte Mehrschichtsysteme auf Basis von Silber entwickelt. Dabei wird durch Modellierung und experimentelle Parameteroptimierungen ein System entwickelt, das die simultanen Anforderungen an Grenzwellenlänge, Flankensteilheit, elektrische Kontaktierung der Solarzelle, Schichtwiderstand und Herstellungskosten erfüllt. Zur Strukturierung der Solarzellen zu skalierbaren Modulen kommt Laserstrukturierung zum Einsatz. Für die verschiedenen Strukturierungsschritte werden optimale Laserparameter ermittelt und schließlich transparente OPV-Module hergestellt. Auch die Langzeitstabilität der Solarzellen wird untersucht.