Organische Solarzellen: Vor- und Nachteile

Organische Solarzellen gehören zu den vielversprechendsten Entwicklungen der letzten Jahre in der Solarbranche. Die Technologie hat zwar noch einige Nachteile, erste Hersteller bieten aber bereits Solarmodule mit organischen Solarzellen an.

Wann lohnt sich der Einsatz der Photovoltaik auf organischer Basis für Verbraucher? Welche Vorteile gegenüber herkömmlichen Solarzellen hat die Technologie und welche Schwächen sind aktuell noch zu berücksichtigen, wenn man organische Solarzellen nutzen will? Wir geben Antworten auf die wichtigsten Fragen.

Organische Solarzellen: Aufbau und Herstellung

Organische Solarzellen werden aus Kohlenwasserstoffverbindungen hergestellt und daher auch oft als „Plastik-“ oder „Kunststoffsolarzellen“ bezeichnet. Es kommen ganz verschiedene organische Verbindungen für Solarzellen infrage. Häufig werden sogenannte konjugierte Polymere und speziell synthetisierte Hybridstrukturen wie etwa Kupferphthalocyanin verwendet.

Module mit organischen Solarzellen kann man als spezielle Unterform der Dünnschicht-Solarmodule betrachten. Mit ihrer spezifischen Elektronenstruktur weisen diese Solarzellen ähnliche Eigenschaften wie Halbleiter aus amorphem Silizium auf.

Die Produktionskosten der organischen Solarzellen fallen vergleichsweise niedrig aus. Das liegt einerseits daran, dass entsprechende Kunststoffe recht günstig hergestellt werden können. Außerdem werden keine Hochtemperaturverfahren und aufwendige Reinigungen zur Herstellung der Solarzellen benötigt. Die Solarzellen werden einfach im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf ein Trägermaterial aufgedruckt.

Organische Solarzelle: die Funktionsweise

Organische Solarzellen basieren auf demselben Funktionsprinzip wie alle anderen Solarzellen auch. Sobald Sonnenlicht auf den organischen Halbleiter trifft, lösen sich Elektronen aus ihren Verbindungen und es entsteht ein Stromfluss.

Der photovoltaische Effekt tritt bereits bei hauchdünnen Halbleiterschichten ein; Materialstärken von zwei Tausendsteln Millimeter oder weniger genügen.

Wer überlegt, für seine Photovoltaikanlage organische Solarzellen zu verwenden, sollte die spezifischen Eigenschaften des Materials berücksichtigen.

Flexibilität organischer Solarzellen

Einer der großen Pluspunkte von organischen Solarzellen: Sie können in Ihrer Eigenschaft als Kunststoffbeschichtung auf fast jede Oberfläche aufgebracht werden – auf Solarplanen und Solarjalousien, auf gebogene Solarpanels oder starren Untergründen wie Hausdächer oder Fassaden.

Bei herkömmlichen kristallinen Solarmodulen entscheidet die Belastbarkeit eines Dachs oft darüber, ob Dünnschicht- oder Dickschichtmodule zu wählen sind. Da organische Solarzellen als Beschichtung verarbeitet werden können, treten Restriktionen aufgrund der Statik völlig in den Hintergrund. Auch mobile Anwendungen sind mit organischen Solarzellen wesentlich einfacher zu realisieren.

Transparenz bei organischen Solarzellen

Mit organischen Solarzellen lassen sich sowohl semi- als auch volltransparente Solarpanels herstellen. Während herkömmliche Dünnschicht-Solarmodule höchstens als getönte volltransparente Solarmodule gefertigt werden können, ist es mit organischem Material möglich, helle und zugleich vollkommen durchsichtige Solarzellen herzustellen. Fenstern, Glasdächern und Glasfassaden ist die integrierte Photovoltaiktechnik nicht anzusehen.

Montage organischer Solarzellen

Je nach Ausführung können organische Solarzellen mit wenigen Handgriffen und ohne Werkzeug angebracht werden. Als Folie ausgeführt, kann die Solarzellenschicht mit doppelseitigem Klebeband befestigt und bei Bedarf unkompliziert wieder entfernt werden. Bei herkömmlichen Solarpanels müssen in der Regel Fachleute für die Montage hinzugezogen werden.

Umweltbilanz bei der Herstellung organischer Solarzellen

Organische Solarzellen sind relativ umweltfreundlich, schließlich kommt bei ihrer Herstellung kein energieintensives Hochtemperaturverfahren zum Einsatz. Außerdem werden keine gesundheitsgefährdenden Stoffe verwendet.

Leistung von organischen Solarzellen

In puncto Wirkungsgrad bei der Solarstromgewinnung kommen Photovoltaikanlagen mit organischen Solarzellen bislang nicht an herkömmliche Zellen heran. Im Durchschnitt werden Wirkgrade von unter 10 % erreicht.

Hervorzuheben ist dafür das gute Schwachlichtverhalten der organischen Solarmodule. Die organischen Solarzellen absorbieren ein breites Lichtspektrum, sodass der Leistungsabfall bei Verschattung geringer ausfällt. Aufgrund des schwächeren Wirkungsgrads ist derzeit dennoch ein hoher Flächenbedarf erforderlich, um relevante Stromerträge zu erzielen.

Lebensdauer organischer Solarzellen

Die Technologie organischer Solarzellen ist erst wenige Jahre alt. Über die Langlebigkeit und die Robustheit gegenüber Wettereinflüssen können daher keine verlässlichen Aussagen getroffen werden.

Vor- und Nachteile von organischen Solarzellen auf einen Blick

Organische Solarzellen können überall dort zum Einsatz kommen, wo sich auch herkömmliche Solarpanels nutzen lassen. Darüber hinaus können Solarzellen-Folien dezent an Fassaden und Dächern angebracht werden. Ihr geringes Gewicht und ihre Flexibilität machen organische Solarzellen ideal für mobile Solarmodule. So können sie zum Beispiel als rollbare Solarplanen für Wohnmobile zum Einsatz kommen.

Wegen ihres guten Schwachlichtverhaltens wird ihr Einsatz auch auf Geräten des sogenannten „Internet of Things“ (IoT) erprobt. Die Smart Devices lassen sich dadurch sogar in Innenräumen bzw. Industriehallen autark mit Strom versorgen.

Bisher gibt es im kommerziellen Bereich nur wenige Hersteller von Solarmodulen mit organischen Solarzellen. Die Preise sind deshalb trotz der verhältnismäßig geringen Herstellungskosten recht hoch.

Organische Solarzellen bieten zwar attraktive Eigenschaften, ihre technischen Potenziale sind allerdings noch nicht ausgereizt. Noch ist der Wirkungsgrad zu niedrig, als dass organische Solarzellen für Verbraucher eine echte Alternative zu Dünnschicht-Solarmodulen und poly- oder monokristallinen Solarmodulen wären.

In Zukunft könnte sich das ändern: Anders als bei kristallinen Solarzellen, deren Wirkungsgrad prinzipiell nicht über 30 % steigen kann, gibt es bei Solarzellen auf organischer Basis kein theoretisches Leistungslimit.

Bei Tandem-Solarzellen werden verschiedene Halbleiter in hauchdünnen Schichten übereinander auf einem Trägermaterial aufgebracht. Die Materialien nutzen verschiedene Anteile des Lichtspektrums, sodass sich ihre Wirkung potenziert. Im Labor wurden bei organischen Tandemzellen bereits Wirkungsgrade von 14 % erreicht. Die Entwicklung von solch leistungsstärkeren Lösungen auf Basis organischer Solarzellen könnte schon bald Marktreife erlangen.