Organische Solarzellen: eine Alternative für die PV-Zukunft?

In der Energiewende nehmen Photovoltaikanlagen eine wichtige Rolle ein. Das Herzstück von PV sind dabei die Solarzellen. Dabei unterscheidet man vor allem zwischen monokristallinen Solarzellen und polykristallinen Solarzellen. Dies sind die weit verbreiteten, auf Silizium basierenden Solarzellen. Nun gibt es seit einiger Zeit auch organische Solarzellen auf dem Markt.

In diesem Artikel beleuchten wir, was organische Solarzellen sind, wie sie sich von traditionellen Solarzellen unterscheiden, welche Vor- und Nachteile sie bieten und wie ihre Zukunft aussehen könnte.

Was sind organische Solarzellen?

Organische Solarzellen nutzen organische Materialien, insbesondere organische Polymere und kleine Moleküle, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Der Gegensatz zu den herkömmlichen, auf Silizium basierenden Solarzellen, liegt vor allem in der Beschaffenheit der verwendeten Materialien.

Während anorganische Solarzellen auf Materialien wie Silizium basieren, sind organische Solarzellen leichter und potenziell kostengünstiger in der Herstellung. Diese Flexibilität ermöglicht es, Solarzellen in einer Vielzahl von Formen und sogar als transparente Beschichtungen für Photovoltaik Folie herzustellen.

Die Technologie der organischen Solarzellen steht aktuell noch am Anfang. Der aktuelle Wirkungsgrad der Solarzellen, also das Verhältnis von eingestrahlter Lichtenergie zu erzeugter elektrischer Energie, liegt noch deutlich unter dem von anorganischen Solarzellen. 

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Funktionsweise organischer Solarzellen

Organische Solarzellen wandeln Sonnenlicht mittels organischer Materialien in elektrische Energie um. Diese Materialien sind oft organische Polymere oder kleine molekulare Verbindungen. Sie besitzen die Eigenschaft, dass sie bei Lichteinfall Elektronen bewegen können. Dieser Prozess ist vergleichbar mit dem in traditionellen Solarzellen, doch die organischen Komponenten bringen ihre eigenen Vor- und Nachteile mit sich.

Jetzt wird es technisch: Folgend haben wir für Sie eine Schritt-für-Schritt-Erklärung von Stromerzeugung im Modul verfasst

1. Lichtabsorption und Exzitonenbildung: Stellen Sie sich Sonnenlicht als Strom winziger Energiepakete (Photonen) vor. Wenn diese Energiepakete auf die Solarzelle treffen, schubsen sie Elektronen an. Diese angestoßenen Elektronen verbinden sich kurzzeitig mit den Lücken, die sie hinterlassen haben, und bilden so ein Pärchen, das wir "Exziton" nennen.
2. Trennung der Pärchen: Damit Strom fließen kann, müssen wir diese Exzitonen dazu bringen, sich zu trennen. In der Solarzelle gibt es spezielle Bereiche, die für diese Trennung sorgen. Dort entscheiden sich die Elektronen und ihre positiven Partner (Löcher), getrennte Wege zu gehen.
3. Reise zu den Elektroden: Nach der Trennung machen sich die Elektronen und Löcher auf eine Reise durch die Solarzelle. Die Elektronen wandern zur einen Seite (Kathode) und die Löcher zur anderen Seite (Anode). Diese Reise durch die Solarzelle ist wichtig, damit am Ende Strom fließen kann.
4. Stromerzeugung: Haben die Elektronen und Löcher erst einmal ihre jeweiligen Seiten erreicht, sind sie bereit, durch einen externen Stromkreis zu fließen. Dieser Fluss von Elektronen ist das, was wir als elektrischen Strom kennen.

Herausforderungen von organischen Solarzellen

Die größten Herausforderungen bei organischen Solarzellen liegen in der effizienten Trennung und dem Transport der Pärchen. Da organische Materialien tendenziell geringere Mobilitäten aufweisen als anorganische Materialien, ist die Optimierung dieser Prozesse ein zentraler Forschungsbereich. 

Trotz der niedrigeren Effizienz im Vergleich zu traditionellen Solarzellen haben organische Solarzellen das Potenzial, in bestimmten Anwendungen und Umgebungen, wo Flexibilität und geringes Gewicht gefragt sind, zu überzeugen. Für Photovoltaikmodule und Aufdachanlagen sind organische Solarzellen jedoch aktuell keine effiziente Lösung. Hier sollte weiterhin auf die leistungsstärkeren mono- und polykristallinen Solarzellen zurückgegriffen werden.

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Wie viel kosten organische Solarzellen?

Organische Solarzellen sind potenziell kostengünstiger in der Herstellung als traditionelle, auf Silizium basierende Solarzellen. Dies liegt hauptsächlich an den verwendeten Materialien und den Herstellungsverfahren. Da wir uns für diese Technologie jedoch noch weit am Anfang befinden, sind die Zellen aktuell trotz niedrigeren Herstellungskosten noch teurer.

Herstellungskosten

Die Herstellung organischer Solarzellen kann durch kostengünstige Druckverfahren und Beschichtungstechniken erfolgen, die eine Massenproduktion ermöglichen. Die verwendeten organischen Materialien sind oft günstiger und leichter verfügbar als das hochreine Silizium, das für herkömmliche Solarzellen benötigt wird. Die flexiblen Substrate ermöglichen die Integration in Oberflächen, die vor allem flexibel sein sollen, wie Photovoltaik Folie.

Energieeffizienz und Amortisation

Trotz der niedrigeren Herstellungs- und Installationskosten liegt die Energieeffizienz, also der Wirkungsgrad, deutlich unter dem von anorganischen Zellen. Das bedeutet, dass eine größere Fläche benötigt wird, um dieselbe Menge an Energie zu erzeugen - dementsprechend auch höhere Anschaffungskosten. 

Zukunftsaussichten

Die Zukunft der organischen Solarzellen in Bezug auf Kosten, Wirtschaftlichkeit und Umweltbilanz sieht vielversprechend aus. Wie lange der Prozess dauert für Materialforschung und der Optimierung des Herstellungsverfahren, ist jedoch schwer zu sagen. In Sektoren, wo Flexibilität und Leichtigkeit entscheidend sind, könnten sie Solarmodule ergänzen oder ersetzen. Bis dahin sollten Hausbesitzer, die auf einen möglichst hohen Stromertrag setzen, aber weiterhin auf mono- und polykristalline Solarzellen setzen. 

Vorteile und Nachteile von organische Solarzellen

Zum Abschluss haben wir Ihnen noch einmal alle Vor- und Nachteile in einer Tabelle zusammengefasst:

Vorteile	Nachteile
Organisch und umweltfreundlich	Geringerer Wirkungsgrad, weniger Stromerzeugung
Leicht und flexibel	Geringere Lebensdauer
Für innovative Anwendungsbereiche geeignet	Keine Langzeiterfahrungen
Gute Zukunftsaussichten	Aktuell noch am Anfang der Forschung
	Trotz niedriger Herstellungskosten, aktuell noch teurer

Fazit

Organische Solarzellen bieten eine flexible und potenziell kostengünstige Alternative zu traditionellen Solarzellen. Aktuell stehen wir jedoch noch am Anfang der Forschung zu organischen Solarzellen. Die organische Materialien bieten jedoch gute Zukunftsaussichten.

Erst einmal bestehen aber weiterhin Herausforderungen wie der geringere Wirkungsgrad und die Frage der Langlebigkeit. Die kontinuierliche Forschung möchte dies in Zukunft verbessern. Bis dahin sollten Solarinteressen, die auf eine besonders ertragreiche PV-Anlage setzen jedoch weiterhin auf die traditionellen Photovoltaikmodule zurückgreifen.

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