Inhalt des Artikels
- Was sind organische Solarzellen?
- Vor- und Nachteile von organischen Solarzellen
- Vorteile
- Nachteile
- Aufbau und Funktionsweise von organischen Solarzellen
- Hersteller: Wer produziert organische Solarzellen?
- Was kosten organische Solarzellen?
- Worauf achten beim Kauf von organischen Solarzellen?
- Fazit
- Häufig gestellte Fragen
Inhalt
In Zeiten der Energiewende bieten organische Solarzellen, die zu den neueren Technologien am Solarenergie-Markt gehören, durch ihre Flexibilität und leichte Bauweise eine wichtige und innovative Ergänzung zu herkömmlichen Solartechnologien. In diesem Artikel beleuchten wir die Vor- und Nachteile organischer Solarzellen, sprechen über geeignete Anwendungsbereiche, stellen einige der wichtigsten Hersteller vor und erklären, worauf beim Kauf von diesen Zelltypen geachtet werden sollte.
Was sind organische Solarzellen?
Organische Solarzellen, auch bekannt als Organic Photovoltaics (OPV), sind eine innovative Art von Solarzellen, die aus organischen Materialien bestehen, hauptsächlich Kohlenstoffverbindungen. Diese Solarzellen wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um, indem sie Licht absorbieren und Elektronen freisetzen. Die freigesetzten Elektronen werden dann durch Elektroden gesammelt, um Strom zu erzeugen.
Ein wesentliches Merkmal organischer Solarzellen ist ihre Flexibilität und Leichtigkeit. Sie können auf unterschiedlichsten Oberflächen aufgetragen werden, einschließlich flexibler und transparenter Materialien. Dadurch eignen sie sich für vielfältige Anwendungen, die mit traditionellen Silizium-Solarzellen nicht möglich sind, wie zum Beispiel in tragbaren Geräten oder als integraler Bestandteil von Gebäudefassaden und Fenstern. Schauen wir uns die Vor- und Nachteile von organischen Solarzellen hier etwas genauer an:
Vor- und Nachteile von organischen Solarzellen
Vorteile
Flexibilität und Leichtigkeit: Organische Solarzellen sind dünn, leicht und flexibel. Diese Eigenschaften ermöglichen ihre Anwendung auf verschiedensten Oberflächen, einschließlich gebogener und tragbarer Strukturen wie Kleidung, Fenster und Gebäudeoberflächen.
Kostengünstige Herstellung: Die Produktion organischer Solarzellen ist im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen weniger kostenintensiv. Dies liegt daran, dass sie oft mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden können, was keine Hochtemperaturprozesse erfordert und weniger Energie verbraucht.
Umweltfreundlichkeit: Bei der Herstellung organischer Solarzellen werden keine gefährlichen Chemikalien verwendet, was sie umweltfreundlicher macht. Zudem benötigen sie weniger Material und Energie, was ihre Umweltbilanz weiter verbessert.
Gutes Schwachlichtverhalten: Organische Solarzellen können ein breites Lichtspektrum absorbieren, wodurch sie auch bei schwachem Licht oder bewölktem Himmel noch effizient arbeiten.
Transparenz: Sie können in transparenten oder semi-transparenten Formen hergestellt werden, was sie ideal für Anwendungen in Fenstern oder Fassaden macht, ohne die Ästhetik des Gebäudes zu beeinträchtigen. Auch eignen sie sich gut für Fahrzeuge oder unregelmäßige Oberflächen.
Nachteile
- Geringer Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad organischer Solarzellen ist derzeit niedriger als der von herkömmlichen Silizium-Solarzellen. Typischerweise erreichen sie Wirkungsgrade von 7-8 %, während Silizium-Solarzellen über 20 % erreichen können.
- Kürzere Lebensdauer: Die Lebensdauer organischer Solarzellen ist noch begrenzt und sie sind anfälliger für Abbau durch UV-Licht und andere Umwelteinflüsse. Dies führt zu einer schnelleren Degradation der Materialien.
- Hoher Flächenbedarf: Aufgrund ihres niedrigeren Wirkungsgrads benötigen organische Solarzellen eine größere Fläche, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen wie Silizium-Solarzellen.
- Materialkompatibilität: Die Wahl der optimalen Materialien für organische Solarzellen ist komplex und erfordert Kompromisse zwischen Lichtabsorption, Elektronenmobilität und Lebensdauer. Dies erschwert die Entwicklung effizienter und langlebiger Solarzellen.
- Einsatz von seltenen Materialien: In einigen Fällen erfordern die Elektrodenmaterialien organischer Solarzellen seltene und teure Metalle, was die Produktionskosten erhöhen kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Trotz ihrer aktuellen Einschränkungen bieten organische Solarzellen durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung viel Potenzial für zukünftige Anwendungen in verschiedenen Bereichen.
Aufbau und Funktionsweise von organischen Solarzellen
Organische Solarzellen sind eine Art von Solarzellen, die organische Materialien (Kohlenstoff-basierte Verbindungen) zur Absorption von Licht und zur Umwandlung in elektrische Energie verwenden.
1. Substrat:
- Bedeutung: Das Substrat dient als Basis und sorgt für Stabilität und Struktur der Solarzelle.
- Material: Transparentes Plastik, Glas oder Metallfolie.
- Funktion: Dient als stabile Grundlage, auf die die anderen Schichten aufgebracht werden.
2. Transparente leitende Elektrode (Frontkontakt):
- Bedeutung: Diese Schicht ermöglicht es, dass Sonnenlicht in die Zelle eindringen kann und gleichzeitig die erzeugten Elektronen abgeleitet werden.
- Material: Indiumzinnoxid (ITO).
- Funktion: Lässt das Sonnenlicht durch und leitet die Elektronen ab.
3. Aktive Schicht:
- Bedeutung: Diese Schicht ist das Herzstück der Solarzelle, da sie das Sonnenlicht absorbiert und in elektrische Energie umwandelt.
- Material: Organische Polymere wie Poly(3-hexylthiophen) (P3HT) und Fullerene.
- Funktion: Absorbiert die Photonen des Sonnenlichts und erzeugt Elektronen und Löcher.
4. Lochtransportschicht (HTL):
- Bedeutung: Diese Schicht sorgt dafür, dass die positiv geladenen Löcher zur Elektrode transportiert werden, was die Stromerzeugung ermöglicht.
- Material: Poly(3,4-ethylenedioxythiophen) polystyrenesulfonat (PEDOT).
- Funktion: Transportiert die „Löcher“ (positiv geladenen Teilchen) zur Elektrode.
5. Rückelektrode:
- Bedeutung: Der Rückkontakt ermöglicht den Abfluss der Elektronen und schließt den Stromkreis.
- Material: Aluminium, Silber oder Gold.
- Funktion: Leitet die Elektronen ab und ermöglicht den Stromfluss.
6. Schutzschicht:
- Bedeutung: Schützt die Solarzelle vor Umwelteinflüssen und mechanischen Schäden, was die Lebensdauer der Zelle erhöht.
- Material: Transparentes Kunststoff oder Glas.
- Funktion: Schutz vor Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen.
Hersteller: Wer produziert organische Solarzellen?
Mehrere Unternehmen und Forschungseinrichtungen weltweit arbeiten an der Entwicklung und Herstellung organischer Solarzellen. Hier sind einige der wichtigsten Hersteller:
- Heliatek: Ein deutsches Unternehmen, das auf die Produktion von leichten und flexiblen Solarfolien spezialisiert ist. Heliatek hält den Weltrekord für organische Solarzellen mit einer Zelleffizienz von 13,2 % für opake Zellen und entwickelt kontinuierlich neue Produkte mit verschiedenen Transparenzgraden.
- ARMOR solar power films: Dieses Unternehmen entwickelt organische Photovoltaikmodule, die besonders für ihre Schwachlichtleistung bekannt sind. Ihre Produkte sind sowohl für transparente als auch für opake Anwendungen geeignet.
- Mitsubishi Chemical: Ein globaler Akteur, der an der Entwicklung organischer Solarzellen beteiligt ist. Das Unternehmen nutzt fortschrittliche Materialien und Technologien, um die Effizienz und Haltbarkeit der Solarzellen zu verbessern.
- Solarmer Energy: Ein weiteres bedeutendes Unternehmen in der organischen Photovoltaik, das sich auf die Kommerzialisierung von hocheffizienten und kostengünstigen organischen Solarzellen konzentriert.
- Belectric OPV: In Zusammenarbeit mit Merck entwickelt Belectric halbtransparente, graue organische Photovoltaikmodule, die sich für verschiedene Anwendungen, einschließlich architektonischer Integration, eignen.
Was kosten organische Solarzellen?
Die Produktionskosten für organische Solarzellen sind vergleichsweise niedrig. Dies liegt zum einen daran, dass die benötigten Kunststoffe kostengünstig hergestellt werden können. Zum anderen entfallen energieintensive Hochtemperaturverfahren und aufwendige Reinigungsschritte. Stattdessen werden die Solarzellen einfach im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf ein Trägermaterial aufgedruckt.
Der durchschnittliche Herstellungspreis für organische Solarzellen liegt zwischen 30 und 90 Euro pro Quadratmeter. Trotz des Vorteils der günstigeren Herstellung und Flexibilität sind sie derzeit im Endeffekt nicht unbedingt stets preiseffizienter, wenn noch weitere Faktoren beachtet werden. Die Gesamtkosten für Stromerzeugung und Langlebigkeit (die über die bloßen Herstellungskosten hinausgehen) sind bei Silizium-Solarzellen derzeit noch vorteilhafter.
Worauf achten beim Kauf von organischen Solarzellen?
- Anwendungsfall prüfen: Berücksichtigen Sie, wofür Sie die Solarzellen verwenden möchten. Organische Solarzellen eignen sich besonders für flexible und mobile Anwendungen, wie auf Fahrzeugen oder unregelmäßigen Oberflächen. Vermeiden Sie es außerdem, sich ausschließlich vom niedrigeren Preis leiten zu lassen. Niedrigere Effizienz und kürzere Lebensdauer können höhere Langzeitkosten verursachen.
- Hersteller auswählen: Kaufen Sie von renommierten Herstellern wie Heliatek oder ARMOR solar power films. Diese bieten oft bessere Garantien und Support, was besonders bei neuen Technologien wichtig ist. Kaufen Sie nicht von unbekannten oder wenig etablierten Herstellern. Ohne verlässliche Garantien und Support kann die Investition riskanter sein.
- Effizienz und Fläche berücksichtigen: Achten Sie auf den Wirkungsgrad der Solarzellen. Da dieser oft niedriger ist als bei herkömmlichen Solarzellen, benötigen Sie möglicherweise mehr Fläche, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen.
- Kosten-Nutzen-Analyse durchführen: Vergleichen Sie die Gesamtkosten der Installation und den erwarteten Energieertrag über die Lebensdauer der Solarzellen. Berücksichtigen Sie dabei auch mögliche Einsparungen durch niedrigere Installationskosten aufgrund der Flexibilität der Solarzellen.
- Schwachlichtverhalten beachten: Organische Solarzellen funktionieren gut bei schwachem Licht, was in Regionen mit weniger Sonnenschein von Vorteil sein kann. Dies kann den Energieertrag unter verschiedenen Wetterbedingungen verbessern.
Fazit
Organische Solarzellen bieten eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen, wenn es um spezifische Anwendungsbereiche geht: Insbesondere solche, bei denen Flexibilität, geringes Gewicht und gute Leistung bei schwachem Licht gefragt sind. Trotz einiger Nachteile, wie geringerem Wirkungsgrad und kürzerer Lebensdauer, zeigen sie großes Potenzial durch kontinuierliche Forschung und Entwicklung.
Häufig gestellte Fragen
Wie hoch ist der Wirkungsgrad von organischen Solarzellen?
Der Wirkungsgrad von organischen Solarzellen variiert je nach Anwendungsbereich und Entwicklungsstadium. Aktuell liegt der Wirkungsgrad im Labor bei maximal 15,8 % für eine organische Solarzelle, was einen neuen Weltrekord darstellt. Diese Zellen wurden vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme entwickelt. Unter realen Bedingungen liegt der Wirkungsgrad von organischen Solarzellen jedoch typischerweise zwischen 10 % und 12 %.
Welche Anwendungsgebiete gibt es für organische Solarzellen?
Organische Solarzellen werden aufgrund ihrer Flexibilität und Leichtigkeit in vielfältigen Bereichen eingesetzt. Dazu gehören die Integration in Gebäudefassaden und Fenster, tragbare elektronische Geräte, Textilien, Automobilanwendungen und die Landwirtschaft. Diese Vielseitigkeit ermöglicht es, Solarenergie auf innovative Weise zu nutzen, obwohl die Effizienz und Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen noch geringer sind.
Welche Solarmodule werden am meisten verbaut?
Die am häufigsten verbauten Solarmodule sind Monokristalline Solarmodule. Diese Module bestehen aus einzelnen Siliziumkristallen, was ihnen eine hohe Effizienz und Langlebigkeit verleiht. Sie sind besonders geeignet für Dächer mit begrenztem Platzangebot und können einen Wirkungsgrad von bis zu ca. 23% erreichen.
Was ist der Unterschied zwischen Solarmodulen und Solarzellen?
Solarzellen sind die grundlegenden Bauelemente, die Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umwandeln. Ein Solarmodul besteht aus mehreren Solarzellen, die miteinander verbunden und in einem schützenden Rahmen eingebettet sind. Während eine Solarzelle nur eine geringe Menge Strom erzeugt, kombinieren Solarmodule die Leistung mehrerer Zellen, um eine höhere Gesamtleistung zu erreichen. Solarmodule sind daher die fertigen Einheiten, die in Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung installiert werden.
