Kunststoff-Solarzellen sind biegsam, dehnbar, leicht und haben damit das Potenzial, die Solarbranche zu revolutionieren – organische Solarzellen (OPV), wie sie auch genannt werden, sind aber weniger langlebig als handelsübliche kristalline Siliziummodule.
Vier Jahre Zeit
Organische Solarzellen bestehen aus organischen Kohlenwasserstoffverbindungen (Kunststoffen) mit einer speziellen Elektronenstruktur. Aufgebracht auf ein Trägermaterial, wie beispielsweise eine transparente Folie, sind sie auch auf unebenen Flächen einsetzbar oder können aufgerollt werden. Die Zellen für eine emissionsfreie Stromproduktion erreichen inzwischen Wirkungsgrade, die jenen der Siliziummodule nahekommen, doch die kurze Lebensdauer der Materialien ist nach wie vor ein Problem. Das Netzwerk OPV Stability will es in den kommenden vier Jahren lösen.
Stabil und effizient sollen sie sein
„Mittlerweile gibt es Tausende Materialkombinationen, aus denen organische Solarzellen hergestellt werden können. Jede hat ihre eigene Stabilität. Wir wollen herausfinden, welche der Strukturen besonders stabil und effizient in der Stromausbeute sind“, erklärt Projektleiter Gregor Trimmel vom Institut für Chemische Technologie von Materialien. Dazu werden vor allem zehn Dissertantinnen und Dissertanten aus dem Marie Sklodowska-Curie Doctoral Network beitragen.
EU-Förderung
Die Europäische Kommission fördert das mit rund 2,7 Millionen Euro, teilte die TU Graz am Mittwoch mit.
Zehn Forschungsinstitute – neben der TU Graz u. a. die Ben-Gurion-Universität des Negev (Israel), die Universität Potsdam, die Universität Karlstad (Schweden) oder auch die Johannes Kepler Universität Linz – bekommen in den kommenden Monaten je eine Doktorandenstelle, um die Entwicklungsarbeit in Kooperation mit Industriepartnern voranzutreiben.
Test auch in der Wüste
Dazu sollen die Verwitterungsprozesse der Materialien im Detail untersucht werden. „Wie zersetzen sich die Materialien, welche Verbindungen sind stabiler, wo sind die Schwachstellen?“ – das seien die Fragen, die man beantworten möchte. Hierfür werden die organischen Verbindungen etwa im Labor künstlichem Sonnenlicht ausgesetzt und auch unter realen Wetterbedingungen in Europa sowie der Negev-Wüste getestet.
Maximal 200 Nanometer dick
Die Analyse der schleichenden Degradation sei allerdings eine Herausforderung, erläuterte Trimmel: „Organische Solarzellen sind maximal 200 Nanometer dick. Um darin Zersetzungsprodukte isolieren zu können, braucht es sehr spezielle Methoden und Instrumente“, schildert der Grazer Materialexperte. Zusätzlich will man künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen nützen, um die großen Datenmengen zu analysieren, die in Hochdurchsatzverfahren generiert werden.
Letztlich will man genauer bestimmen können, wie die Moleküle beschaffen sein müssen, um den Zersetzungsprozessen besser standzuhalten. Neben den praktischen Tests werden auch digitale Simulationen chemischer Verbindungen durchgeführt, um die optimal geeigneten Materialien für die organischen PV-Zellen der nächsten Generation zu finden.