Flexibel und transparent: Organische Solarzellen

Organische Photovoltaik: Die viel versprechende Technologie befindet sich auf dem Vormarsch. Der Vorteil: Die Zellen produzieren billiger und noch umweltfreundlicher regenerativen Strom.

Die chemische Industrie kann das dafür nötige Grundmaterial, beispielsweise halbleitende polymere Feststoffe, wesentlich billiger liefern als Silizium. Organische Moleküle können zudem großflächig und sehr dünn auf Folien aufgedampft werden, was im Prinzip eine kostengünstige Massenproduktion flexibler Photovoltaik-Elemente möglich macht. Trotzdem führt die organische Photovoltaik bisher ein Dasein in einer Marktnische, weil zwei Schwachpunkte dem kommerziellen Durchbruch entgegenstehen.

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Ausbaufähig: Wirkungsgrad und Haltbarkeit

Das ist zum einen der relativ geringe Wirkungsgrad (= Stromertrag pro Quadratmeter Modulfläche). Während Silizium-Dünnschichtzellen mit Wirkungsgraden von über 20 Prozent glänzen, bringen es organische Solarzellen maximal auf etwa zehn Prozent. Zum anderen ist die Lebensdauer organischer Solarzellen sehr begrenzt: Das Material zersetzt sich im Lauf der Zeit durch Sonnenlicht, Hitze und Feuchtigkeit.

Gute Silizium-Solarmodule halten bis zu 30 Jahre, ein flexibles Modul aus Kunststoff bislang bestenfalls fünf Jahre. Um auf einem Hausdach Wind und Wetter zu trotzen, müsste es mit stabilem Glasgehäuse umhüllt werden – was allerdings den Vorteil der kostengünstigeren Produktion zunichte machen würde. Forscher (z.B. am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme) und Unternehmen (u.a. BASF, Bosch, Heliatek und Schott) arbeiten daran, die Stabilität der organischen Komponenten zu verbessern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert einige Projekte, die diese Technologie weiterentwickeln („Grundlagenforschung Energie 2020+“, „Langlebige funktionelle Materialien für die organische Photovoltaik“).

Flexible und transparente Bauweise

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Bisher bieten die Pioniere der organischen Photovoltaik in erster Linie Produkte an, bei denen die begrenzte Strapazierfähigkeit keine große Rolle spielt: Zum Beispiel ausrollbare Solarmodule als Ladegeräte für Handys oder MP3-Player (mit ca. 0,5 Quadratmeter Fläche, die bei Sonnenschein etwa 8 Watt Leistung erzeugt). Der Vorzug organischer Solarzellen besteht in ihrer dünnen und flexiblen Bauweise. Die organischen Schichten sind nur wenige hundert Nanometer „stark“ und daher – aufgebracht auf flexible Folien – sehr biegsam.

Kreativen Architekten bieten sie vielfältige Möglichkeiten. Leichte, flexible Folien oder Solarfilme kann man in Material wie Stahl, Kunststoff und in Vorhangfassaden einbauen. Werden transparente Elektroden verwandt, sind die organischen Solarzellen lichtdurchlässig und daher auch in Fenster integrierbar. Diese Variante ist überall da sinnvoll einsetzbar, wo Licht und zugleich Sonnenschutz gefragt ist. So zum Beispiel in einem Sonnenschirm, der auf der Terrasse Strom für den Laptop auf dem Kaffeetisch liefert.

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Vorreiter der organischen Photovoltaik

In Sachen Klimaschutz tut sich Amerika ansonsten ja nicht gerade hervor. Doch San Francisco gehört zu den Kommunen, die Erneuerbare Energien entschieden fördern, darunter auch die organische Photovoltaik. So wurden hier die Dächer einiger Buswartehäuschen mit organischer Solarfolie beschichtet. Sie spendet Schatten für die wartenden Fahrgäste und produziert gleichzeitig Energie für eine digitale Anzeigetafel und Beleuchtung in der Nacht.

Eine weitere Möglichkeit, organische Photovoltaik anzuwenden, zeigten Daimler und BASF auf der Internationalen Automobilausstellung 2011. Die Unternehmen stellten den elektrischen Kleinwagen „Smart Forvision“ vor – mit einem Glasdach aus transparenten, organischen Solarzellen. In die sechseckigen Zellen sind Leuchtdioden integriert, die den Innenraum beleuchten (auf Wunsch sogar in verschiedenen Farben!). Der Sonnenstrom betreibt obendrein die Musikanlage und einen Lüfter.