ALTAFOS Alternative Akzeptoren für effiziente organische Solarzellen

Im ALTAFOS-Projekt werden neuartige Halbleitermaterialien für organische Solarzellen mit quantenchemischen Methoden designt und die vielversprechendsten Moleküle danach hergestellt.
Das Ziel des Projekts ist, die grundlegenden Eigenschaften und die Wirkungsweise dieser neuen Halbleitermaterialien zu untersuchen und eine Abschätzung des theoretischen Wirkungsgrads der neuartigen organischen Solarzellen zu erhalten.
Dafür werden Halbleiter mit unterschiedlichen Eigenschaften synthetisiert, detailliert untersucht und in Solarzellen getestet. Die gesammelten Daten werden für die Modellierung des Wirkungsgrads herangezogen. Zusätzlich zu einem Wirkungsgrad-Modell wird das Projekt auch Design-Regeln für neuartige Halbleiter liefern.
Basierend auf diesen Erkenntnissen können in Zukunft organischen Solarzellen mit geringerem Klemmenspannungsverlust und mit deutlich höherem Wirkungsgrad (20%+) entwickelt und damit die Technologie zum Durchbruch geführt werden.

Ausgangssituation

Die Photovoltaik ist auf Grund ihres enormen Potentials die wichtigste erneuerbaren Energiequelle. Derzeit werden intensive Bemühungen unternommen, kostengünstige und effiziente Solarzellen zu entwickeln. Dabei haben jüngst besonders organische Solarzellen an Bedeutung gewonnen. Insbesondere aufgrund ihrer einfachen Verarbeitbarkeit und dem geringen Energieaufwand für ihre Herstellung, zum Beispiel durch Druck- oder Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Sowohl Industrie als auch Forschungseinrichtungen haben daher große Anstrengungen unternommen, um leistungsstarke, dünne und flexible organische Solarzellen bei gleichzeitiger Kosten- und Energiereduktion zu entwickeln. Die hauptsächlich untersuchten sogenannten Polymer-Fulleren-Solarzellen weisen bereits hohe Wirkungsgrade von bis zu 12 % Prozent auf. Jedoch hat diese Technologie einige Nachteile.  Fulleren-basierte Materialien sind teuer und zeigen eine eher geringe optische Absorption im sichtbaren und infraroten Bereich des Sonnenspektrums. Weitere limitierende Prozesse sind verschiedene Rekombinationsverluste, die zu einer niedrigen Klemmenspannung und damit zu einem moderaten maximalen Wirkungsgrad führen. Ausgangspunkt für das Projekt war die Idee, neue Halbleiter zu entwickeln, die Fulleren-basierte Materialien ersetzten können um damit höhere Wirkungsgrade zu erzielen.