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Largecells - sonnige Zukunft für Strom aus organischen Photovoltaikzellen (OPV)

Neue polymere Funktionsmaterialien sollen die Effizienz heutiger organischer Solarzellen verdoppeln.

Projektträger: Universität Bayreuth

Projektstandort

Bayreuth

Bayreuth_georeferenzierung

Kontakt

Prof. Dr. Mukundan Thelakkat
Universitätsprofessor
Universitätsstr. 30
95440 Bayreuth
Tel: (0921 /) 55-3108
mukundan.thelakkat[at]uni-bayreuth.de

Nutzen und Kosten

besonders wirkungsvoll – hoher Nutzen für die Umwelt

Förderung: Fördergeber: Europäische Kommission

Beschreibung

Auslöser
Fossile Brennstoffe werden immer knapper. Um die klimaschädliche Kohlendioxidbelastung zu reduzieren, brauchen wir erneuerbare Energiequellen. Hier spielt die Photovoltaik zur Erzeugung elektrischer Energie eine wichtige Rolle.

Allerdings erfordert die Produktion der anorganischen Photovoltaik-Elemente z. B. aus kristallinem Silizium einen hohen Energie- und Kostenaufwand. Darüber hinaus ist der Einsatz von giftigen bzw. seltenen Erden wie Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (CdTe) oder einer Kombination aus Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen (CIS) bei der Herstellung von Solarzellen problematisch.
Durchführung
Eine Alternative stellt die organische Photovoltaik (OPV) dar, die auf Polymeren basiert. Diese "Plastik-Solarzellen" sind günstig und energieeffizient zu produzieren sowie flexibel einsetzbar. Allerdings scheitert die großflächige OPV-Anwendung bislang an ihrem vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad. Wenig erforscht sind auch die Langzeitstabilität und Degradationsmechanismen polymerer Solarzellen, was ihren praktischen Einsatz erschwert.

Die Vision von Prof. M. Thelakkat, Professor für Angewandte Funktionspolymere an der Universität Bayreuth, ist revolutionär: In 10 bis 20 Jahren sollen Halbleiter-Plastikfolien, die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln, für wenig Geld im Baumarkt erhältlich sein. Durch eine verbesserte Effizienz soll diese Photovoltaik- Technologie der nächsten Generation auf Basis von druckbaren Polymer-Solarzellen eine kostengünstige und großflächige Versorgung mit Sonnenenergie ermöglichen. Damit es nicht bei der Vision bleibt, finanziert die Europäische Kommission seit Anfang September 2010 für drei Jahre ein entsprechendes internationales Forschungsvorhaben mit 1,64 Millionen Euro.

Unter der Leitung von Prof. Thelakkat beteiligen sich vier akademische Partner und ein Unternehmen aus Dänemark, den Niederlanden und Israel, sowie ein Konsortium aus indischen Wissenschaftlern an dem "LARGECELLS"-Projekt (Large-area Organic and Hybrid Solar Cells).

Das Anfang September 2010 gestartete "LARGECELLS"-Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, geeignete polymere Funktionsmaterialien für organische Photovoltaik-Zellen zu synthetisieren, um eine Verdoppelung der heute erreichbaren Effizienz zu erzielen. Hierzu wird das Potenzial sowohl von rein organischen Systemen als auch von Hybridmaterialien aus anorganischen und organischen Halbleitern erforscht. Konkrete Ziele sind die Entwicklung von Materialien mit verbesserter Bandlücke und optimierten Donor-Akzeptor- Systemen. Dafür wird die Morphologie der polymeren Schichten für die Photovoltaik-Zellen entsprechend angepasst. Die vielversprechendsten Materialien werden für ihre großflächige Anwendung in neuen, hochmodernen Herstellungsverfahren auf Basis von Rolle-zu-Rolle-Prozessen weiter entwickelt. Die dänische Firma Mekoprint zeichnet für die technologische Realisierung des Projekts verantwortlich.

Die Stabilität und Degradationsmechanismen der neuen Solarzellen werden in der Negev-Wüste (Israel) und in Indien durch In- und Outdoor-Tests mittels beschleunigter Alterungsverfahren untersucht. Die Ergebnisse dieser unter realen Betriebsbedingungen stattfindenden Tests werden bei der weiteren Entwicklung optimierter Trägermaterialien berücksichtigt.
Zitate
"Der Energiebedarf ist weltweit enorm, insbesondere in Schwellenländern, die sich zurzeit rasch zu großen Industrienationen entwickeln", sagt Prof. Thelakkat. "Gefragt sind kostengünstige, umweltfreundliche Lösungen, die überall und flexibel einsetzbar sind, und Sonnenenergie auch da zur Verfügung stellen, wo die Infrastruktur Mängel aufweist. Diese Anforderungen kann die organische Photovoltaik erfüllen. Voraussetzung ist eine deutliche Verbesserung ihrer Effizienz und Langzeitstabilität."

Beispiel gemeldet:10/2010 

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