LOTsE – Langlebige Organische Tandemsolarzellen-Module

Lebensdaueruntersuchungen an organischen Solarzellen

Laufzeit: November 2013 - Oktober 2015
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Kooperationspartner: BASF SE, Heliatek GmbH, Novaled AG, Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, Universität Bayreuth, Universität Heidelberg, ZOE Köln, Universität Ulm, Universität Würzburg, Technische Universität Dresden
© Fraunhofer ISE
Abb. 1: Flexible, unverkapselte organische Solarzellen auf einem Foliensubstrat. Die aktive Fläche der Zellen beträgt 1,1 cm2.
© Fraunhofer ISE
Abb. 2: Evolution der auf die Startwerte normierten Wirkungsgrade von flexiblen Solarzellen während der Alterung unter feuchter Hitze.

In den vergangenen Jahren wurde der Wirkungsgrad organischer Solarzellen kontinuierlich erhöht. Er erreicht jetzt Werte, die eine kommerzielle Nutzung dieser Technologie realistisch erscheinen lassen. Hierfür ist es wichtig, das Alterungsverhalten organischer Solarzellen zu verstehen. Daraus können dann Lebensdauerprognosen erstellt werden. Während unverkapselte Solarzellen an Luft und unter Beleuchtung schnell degradieren, weisen versiegelte Zellen eine deutlich höhere Stabilität auf. Unsere Solarzellen verloren bei Alterung unter feuchter Hitze nach 1000 Stunden nur 3 - 10 % des anfänglichen Wirkungsgrads. Sie bestanden damit einen der standardisierten Tests für Dünnschichtsolarzellen.

Um organische Solarzellen kommerzialisieren zu können, müssen diese über eine der Anwendung angepasste Lebensdauer verfügen. Diese reicht von ca. 3 - 5 Jahren für Anwendungen im Bereich mobiler Elektronik bis zu einer Garantie über 20 Jahre bei gebäudeintegrierter PV oder PV im Freifeld. Die Anwendungsfelder bestimmen dabei die Stressszenarien, unter denen die Solarzellen in unseren Labors getestet werden.

Die Degradation verkapselter organischer Solarzellen wird am Fraunhofer ISE unter thermischer Belastung bei 85 °C, kontinuierlicher UV-Beleuchtung, kontinuierlicher Beleuchtung mit einer Bestrahlungsstärke von 1000 W/m2, feuchter Hitze (85 °C, 85 % Luftfeuchtigkeit) und unter realen Bedingungen im Freien (Außenbewitterung) getestet. Wenn Solarzellen verkapselt werden, verlieren sie auch bei kontinuierlicher Beleuchtung nach mehr als 12 000 Stunden weniger als 10 % ihres anfänglichen Wirkungsgrads. Dies entspricht in etwa einer Strahlungsdosis, die Solarzellen in Mitteleuropa innerhalb von 12 Jahren im Freien erfahren. Eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren ist so vorstellbar. Unter thermischer Belastung verlieren die Solarzellen auch nach 10 000 Stunden praktisch keine Leistung. Darüber hinaus weisen vollständig flexible Solarzellen nach 1000 Stunden Alterung unter feuchter Hitze eine Degradation von weniger als 5 - 10 % auf (Abb. 2). Sie bestanden so Standard-Testkriterien für Dünnschichtsolarmodule nach IEC 61646.