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Biegsame Solarzellen

Herkömmliche Silizium-Photovoltaik erreicht einen Wirkungsgrad von etwa 22 %, organische Photovoltaik auf Kohlenstoffbasis etwa 15 %. Bislang wurde deswegen versucht, die Effizienz der organischen Solarzellen zu steigern, um sie konkurrenzfähig zu machen. Allerdings spielen bei Energieversorgungseinheiten etwa für smarte Kleidung geringes Gewicht, Transparenz und hohe Verformbarkeit eine größere Rolle.

Der Misch-Heteroübergang, bei dem Donator und Akzeptor vermischt werden, ist die beste Methode, den Fotostrom einer organischen Solarzelle zu erhöhen. Bei Verformung treten aber Risse und Schichtablösungen auf, die den Elektronenfluss behindern. Ein Forscherteam der Rice University, Texas, verfolgt einen neuen Ansatz, die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Die Forscher setzen der aktiven Schicht Thiol-En zu. Dessen Moleküle verschmelzen mit den Polymeren, wenn sie mit einer Base reagieren oder mit UV-Licht bestrahlt werden. Es entsteht ein unlöslicher, elastischer Verbundstoff.

Bei einem hohen Anteil von Thiol-En büßt das Material jedoch an Effizienz ein. Ein Optimum muss gefunden werden. Zur Bewertung der mechanischen Stabilität ziehen die Forscher unter anderem einen Dehnungstest heran. Eine aktive Schicht aus Polythiophen P3HT beginnt bei 6 % Streckung zu reißen, bei Zugabe von 10 % Thiol-En sind bereits 14 % Streckung möglich. Bei etwa 20 % Thiol-En ist noch keine wesentliche Veränderung des Fotostroms zu verzeichnen, die Elastizität ist zufriedenstellend. Rafael Verduzco, Chemie- und Biomolekularingenieur an der Rice University: „Auch beim Biegen scheint 20 % das optimale Mischverhältnis zu sein. Die kleinen Moleküle des Thiol-En stören in diesem Fall die Morphologie des Polymers nicht.“

Das Labor von Verduzco will in Zukunft weitere organische Materialien ausprobieren und Methoden entwickeln, die für größere Solarzellen geeignet sind.

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