Transparente Solarzellen schaffen den Schritt in die industrielle Herstellung
Organische Photovoltaik soll künftig nicht nur Strom erzeugen, sondern vor allem eins: Licht hindurchlassen. Ein neues Fertigungsverfahren bringt die transparenten und flexiblen Solarmodule nun näher an die industrielle Produktion.
Mit organischer Photovoltaik (OPV) lassen sich biegsame und semitransparente Solarmodule herstellen, die sich besonders für verschiedene Fensterarten oder Folien eignen. Diese Form der Photovoltaik nutzt kohlenstoffbasierte Halbleiter, um Licht in Strom umzuwandeln.
Forschende der Universität Freiburg und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben nun organische Solarmodule mit einer Fläche von jeweils 14,5 mal 14,5 Zentimetern entwickelt, die durchschnittlich 43,2 Prozent Lichtdurchlässigkeit und einen Wirkungsgrad von bis zu 9,26 Prozent erreichen.
Industrielle Herstellung möglich
Wichtig aber ist die Herstellung: Rückelektroden werden per Sputtern auf Glas aufgebracht, die weiteren Schichten entstehen mittels Slot-Die-Beschichtung. Beide Technologien sind industriell etabliert und lassen sich auf größere Flächen übertragen.
„Die Hochskalierung auf große Flächen ist eine der großen Herausforderungen bei der organischen Photovoltaik“, sagt Dr. Uli Würfel, Abteilungsleiter für Organische und Perowskit-Photovoltaik am Fraunhofer ISE. Laborergebnisse von kleinen Solarzellen seien häufig nicht direkt auf industrielle Formate übertragbar.
Sputtern ist ein Verfahren zur Herstellung hauchdünner Materialschichten. Dabei werden Atome aus einem festen Material durch energiereiche Teilchen herausgeschlagen und auf eine andere Oberfläche gebracht.
Das Slot-Die-Verfahren ist ein industrielles Beschichtungsverfahren, bei dem eine flüssige Materialschicht durch eine schmale Düse (Slot Die, Schlitzdüse) gleichmäßig auf eine Oberfläche aufgetragen wird.
In den etwa handgroßen quadratischen Modulen sind jeweils über 100 einzelne Solarzellen durch Laserstrukturierung miteinander verbunden. Die Absorberschicht besteht aus organischen Halbleitern. Eine metallfreie Elektrode aus PEDOT bildet die lichtdurchlässige Oberseite.
Für diese Elektrode entwickelte das Unternehmen Heraeus Epurio eine neue Formulierung, welche die Transparenz der Module erhöhte. Das Verhältnis zwischen Lichtdurchlässigkeit und Stromausbeute wird bei semitransparenten Solarzellen mit der Lichtnutzungseffizienz (LUE) bewertet. Fläche, Durchlässigkeit und Wirkungsgrad berücksichtigt, ergibt das eine LUE von bis zu 4,0 Prozent.
„Dass wir nun zum ersten Mal erfolgreich und praktisch verlustfrei sämtliche Schichten der Solarzellen per industriell umsetzbaren Slot-Die-Verfahren auftragen konnten, ist für uns ein großer Durchbruch“, erklärt Würfel. Die Ergebnisse wurden Anfang August im Fachjournal Joule veröffentlicht.
Fassaden, Gewächshäuser und flexible Folien
Besonders interessant sind Anwendungen, bei denen Glasflächen Energie erzeugen sollen. Perspektivisch könnten Module mit mehr als 50 Prozent Transparenz Fensterglas in Fassaden oder Gewächshäusern ersetzen. Für Autodächer oder architektonische Fassadenelemente kann dagegen eine stärkere Tönung verwendet werden.
Auch flexible Anwendungen sind möglich, weil Slot-Die-Beschichtung mit Rolle-zu-Rolle-Verfahren kompatibel ist. Erste Folienmodule überstanden 1274 Biegezyklen um einen Stab mit 15 Millimetern Durchmesser, ohne Wirkungsgradverlust.
„Jetzt, wo wir den Fertigungsprozess unter Kontrolle haben, sind wir optimistisch, dass wir die Transparenz noch deutlich steigern können, ohne den Wirkungsgrad zu beeinträchtigen“, sagt Würfel. Der nächste Entwicklungsschritt besteht darin, größere flexible Modulflächen herzustellen. Das Projekt „Durchblick-PV“ wurde gemeinsam mit Heraeus Epurio, ROWO Coating, ASCA und der Universität Freiburg umgesetzt.
Artikelreferenz
Pap, L., List, M., Schleiermacher, H., et al. (2026). Toward scalable semitransparent organic photovoltaics: Slot-die-coated 210-cm2 modules with visible transmission of up to 50% and LUE up to 4%. Joule.