An Energie mangelt es der Erde nicht. Schließlich schickt die Sonne in 30 Minuten mehr Energie auf den Planeten als alle Menschen gemeinsam in einem Jahr verbrauchen. Auch der Platz, um diese Strahlen einzufangen, ist im Überfluss vorhanden, da sich selbst in dicht besiedelten Städten Hausdächer und Gebäudefassaden als nutzbare Flächen anbieten. Dennoch lässt sich die Sonnenenergie bislang an dieser Stelle kaum nutzen, weil herkömmliche Solarzellen aus Silizium nur mit hohem Aufwand zu integrieren und in der Herstellung zu kostspielig sind.
Organische Solarzellen können dieses Dilemma lösen. Sie bestehen aus einer leichten und biegsamen Trägerfolie, die mit Kunststoffen, so genannten “Polymeren”, bedruckt werden. Da sich Polymere in Flüssigkeiten lösen und in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung isolierende, halbleitende oder leitende Eigenschaften bieten, eignen sie sich dazu, elektronische Bauelemente wie Transistoren, organische Leuchtdioden (OLEDs) oder Photozellen in kontinuierlichen Druckprozessen äußerst preiswert herzustellen.
Hintergrundinformationen
“Die organische Photovoltaik hat das Potenzial, in wenigen Jahren für Kosten von weniger als 50 Eurocent pro Wattpeak produziert zu werden”, sagt Christoph Brabec, Chief Technology Officer der US-Firma Konarka Technologies Inc. Mit Wattpeak (Wp) wird die abgegebene Spitzenleistung von Photovoltaikzellen bei der maximal möglichen solaren Einstrahlung bezeichnet. “Damit wäre die organische Photovoltaik wesentlich günstiger als vergleichbare Technologien.”
Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt Der Herstellungsprozess für gedruckte Solarzellen gleicht dem klassischen Massendruck im Rolle-zu-Rolle Verfahren. Hier wird beispielsweise ein Endlos-Papier von einer Rolle abgewickelt, beim Lauf durch mehrere, mit Tinte benetzte Walzen bedruckt und schließlich auf eine zweite Rolle aufgewickelt. “Für gedruckte Solarzellen stehen analoge Verfahren kurz vor der Serienreife”, sagt Brabec. “Dabei arbeiten wir typischerweise mit Folienbreiten von bis zu 66 Zentimetern. Die Länge der Produktionsdurchläufe kann bis zu einigen hundert Metern betragen.” Im Oktober 2008 hat Konarka die nach eigenen Angaben weltweit größte Fabrik für druckbare Solarzellen in New Bedford, Massachusetts, eröffnet.
Pro Jahr sollen hier in Zukunft Zellen mit einer Gesamtkapazität von einem Giga-Wattpeak von der Rolle laufen. Eine Leistung, die dem 1,5 fachen der Leistung eines typischen Steinkohlekraftwerkes entspricht.Ihre Praxistauglichkeit haben die biegsamen Leichtgewichte inzwischen beim US-Militär und den Gehäusen von mobilen Kommunikationsgeräten unter Beweis gestellt. Im zivilen Alltag sollen sie daher schon bald auch die Akkus von Mobiltelefonen, Notebooks oder MP3-Playern kontinuierlich mit Strom versorgen und die Betriebszeiten der Geräte damit auch fernab jeder Steckdose ins Unendliche verlängern. In Zukunft sollen gedruckte Solarzellen aber auch auf Hausdächern und Gebäudefassaden zum Einsatz kommen, wo der Strom in großen Mengen erzeugt und anschließend inöffentliche Netze gespeist werden kann.
Die Organic Electronics Association (OE-A), die als Arbeitsgemeinschaft des Verbandes deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) und mit mehr als 100 Mitgliedsunternehmen die gesamte Wertschöpfungskette der organischen und gedruckten Elektronik repräsentiert, hat bereits eine Anwendungs- und Technologie-Roadmap erstellt. Diese sieht vor, dass photovoltaische Solarzellen für Hausfassaden, aber ohne Netzeinspeisung ab 2010 erhältlich sein werden. Entsprechende Modelle mit Netzeinspeisung wiederum sollen ab 2015 erhältlich sein.
Die Hersteller müssen bis dahin vor allem zwei Herausforderungen meistern: die Lebensdauer der Module sowie die Effizienz der Stromerzeugung deutlich erhöhen. Beide Kenngrößen hängen vor allem von der Prozesstechnik sowie von der Qualität und vom Zusammenspiel der Systemkomponenten Folie und Tinte ab. Wirkungsgrade von sieben Prozent Zurzeit liegt der Wirkungsgrad der organischen und gedruckten Solarmodule im Massendruck bei rund drei Prozent. Das bedeutet: Um eine Schreibtischlampe mit 60 Watt zum Leuchten zu bringen, muss das Sonnenlicht auf eine verhältnismäßig große Modulfläche von rund zwei Quadratmetern fallen. Diese Fläche entspricht einem durchschnittlichen Zimmerfenster.
Forschungseinrichtungen und Hersteller arbeiten daher daran, den Wirkungsgrad organischer Solarzellen mittelfristig mehr als zu verdoppeln. So haben die Kooperationspartner IMEC (Belgien) und Plextronics Inc.(USA) angekündigt, bis zum Jahr 2012 Module mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von sieben Prozent bei einer Lebensdauer von fünf Jahren zu entwickeln.
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