Sind organische Solarzellen die Zukunft?
Um diese Frage zu klären, müssen wir zuerst einmal die Begrifflichkeiten bestimmen. Organische Solarzellen werden aus chemischen Verbindungen – meist Kohlenstoffverbindungen – hergestellt. Die Produktion ist kostengünstig und energieeffizient. Es gibt noch einige Nachteile herkömmlichen anorganischen Solarzellen aus Siliziumhalbleitern gegenüber, dennoch zählen sie zu den vielversprechendsten Forschungsgebieten in der Solarbranche.
Großes Potenzial
Laut Fraunhofer Institut bietet die organische Photovoltaik (OVP) „ein einzigartiges Potenzial für die Erzeugung umweltfreundlicher elektrischer Energie“. Die Beschichtung organischer Solarzellen besteht aus wenigen Nanometern für bestimmte Kontaktschichten bis einige hundert Nanometer für die lichtabsorbierenden Schichten. Dadurch sind die organischen Solarzellen – auch Plastiksolarzellen genannt – wesentlich dünner, leichter und flexibler als Siliziumsolarzellen.
Sehr kleiner CO2 – Fußabdruck
Das Fraunhofer Institut schreibt weiter :“Durch den geringen Materialverbrauch, die einfache Prozessierung mit Druck- und Beschichtungsprozessen und die Vermeidung kritischer Elemente wie Blei oder Cadmium ist der ökologische Fußabdruck äußerst klein.
Die OPV-Technologie hat das Potenzial die CO2 Einsparungen durch Photovoltaik nochmals stark zu erhöhen und Energierückgewinnungszeiten drastisch zu verkürzen. “
Vorteile organischer Solarzellen
- Flexibilität und Anpassungsfähigkeit
Organische Solarzellen sind in ihrer eigenschaft als Kunststoffbeschichtung sehr flexibel und können auf fast jede Oberfläche aufgebracht werden. Es können verschiedenste Typen von Solarzellen hergestellt werden. Restriktionen aufgrund von Statik spielen hier keine große Rolle mehr und auch mobile Lösungen sind einfacher umzusetzen. Dadurch sind Anwendungen wie schwimmende Photovoltaikfolien, stromerzeugende Markisen, Fensterscheiben und Gewächshäuser möglich.
- Energieeffiziente und ressourcenarme Herstellung
Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen benötigt die Produktion organischer Solarzellen nur wenig Material und kein Hochtemperaturverfahren. Zudem wird auf den Einsatz von gefährlichen Stoffen, aufgrund der Auflagen der EU-Richtlinie 2002/95/EG (RoHS), verzichtet und sind damit sehr umweltfreundlich und zugleich auch kostengünstiger in der Entsorgung.
- Transparente Module
Mit organischem Material ist es möglich, helle und zugleich vollkommen durchsichtige Solarzellen herzustellen. Fenstern, Glasdächern und Glasfassaden sind die integrierten organischen Solarzellen nicht anzusehen.
- Einfache Montage
Mit einigen Handgriffen und miest auch ohne Werkzeug lassen sich die Solarzellen befestigen und benötigen – je nach Ausführung – auch kein Fachpersonal, zum Beispiel als Klebefolie.
- Sehr breites Lichtspektrum
Die organischen Solarzellen absorbieren ein wesentlich breiteres Lichtspektrum als herkömmliche anorganische Solarzellen, sodass der Leistungsabfall bei Verschattung geringer ausfällt, und sie können in Bereichen eingesetzt werden, bei denen die Lichteinstrahlung suboptimal ist.
Nachteile der OVP
- geringerer Wirkungsgrad
Dieser ist der größte Nachteil gegenüber anorganischen Solarzellen. Monokristalline Solarzellen auf Siliziumbasis können bis zu 25% der Energie des Lichts zur Stromproduktion nutzen. Organische Solarzellen erreichen demgegenüber im Durchschnitt Wirkgrade von unter 10 % und in der Massenproduktion lediglich Werte von maximal 6 bis 7 Prozent. Um relevante Stromerträge zu erzielen, benötigen die organischen Solarzellen vergleichsweise viel Fläche.
Allerdings haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE 2023 eine organische Solarzelle mit einem Wirkunsggrad von 15,8% im Labor hergestellt und damit einen neuen Weltrekord für die organische Photovoltaik aufgestellt.
- Lebensdauer
Nachdem es diese Technologie erst seit kurzem gibt, fehlen noch verlässliche Aussagen über Langlebigkeit und die Robustheit gegenüber Wettereinflüssen.
Verschiedenste Anwendungsgebiete
Organische Solarzellen können überall dort eingesetzt werden, wo herkömmliche Solarzellen auch zum Einsatz kommen. Darüber hinaus können sie aber auch in Fenstern und anderen Glasbauteilen miteingebaut werden – zum Beispiel auch in lichtdurchlässigen Fassadenteilen und Autoverglasungen. Und sie eignen sich aufgrund ihrer Leichtigkeit und Flexibilität auch für mobile Anwendungen, wie zum Beispiel als schwimmende Photovoltaikanlage.
„Da organische Solarzellen auch unter Schwachlicht-Bedingungen hohe Wirkungsgrade erzielen, wird der Technologie auch eine hohe Bedeutung als Stromquelle im Internet der Dinge (IoT) beigemessen, da sie damit besonders effizient in Innenräumen und unter künstlichen Lichtbedingungen sei.“ schreiben die Energie-Experten.
Sind sie die Zukunft?
Die Entwicklung befindet sich noch in den Kinderschuhen, haben aber großes Potenzial. Sie sind im Gegensatz zu siliziumbasierten Solarzellen in ihrem Wirkungsgrad theoretisch nicht eingeschränkt. Nachdem es momentan noch recht wenige Hersteller gibt, sind die Herstellungskosten noch recht hoch. Sollte sich (was wir sehr hoffen) aber die Entwicklung dieser beiden Aspekte verbessern, sind organische Solarzellen eine umweltfreundliche, ressourcenschonende Alternative.
