04 Sep. Semitransparente PV-Module skalierbar fertigen
Gute Wirkungsgrade organischer Solarzellen im Labor lassen sich nicht ohne Weiteres auf größere Modulflächen übertragen. Ein neuer Fertigungsprozess kombiniert dafür industriell skalierbares Sputtern mit Slot-Die-Beschichtung (Schlitzdüsenbeschichtung). Forschende der Universität Freiburg und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben damit 14,5 cm x 14,5 cm große semitransparente PV-Module hergestellt.
Die per Slot-Die aufgebrachten Schichten konnten dabei nach Angaben des Fraunhofer ISE nahezu verlustfrei gefertigt werden. Die Rückelektrode wird zuvor durch Sputtern abgeschieden. Beide Verfahren sind industriell etabliert und auf größere Flächen skalierbar.
Organische, semi-transparente Photovoltaik ist besonders für Anwendungen in der Bauwerkintegrierten- und Agri-Photovoltaik interessant. Bild: Fraunhofer ISE
Transparenz und Wirkungsgrad kombinieren
Bei semitransparenten organischen PV-Modulen besteht ein Zielkonflikt zwischen Lichtdurchlässigkeit und Wirkungsgrad. Beschrieben wird dieser Zusammenhang durch die Lichtnutzungseffizienz (Light Utilization Efficiency, LUE). Bei den 210,25 cm² großen Modulen erreichte das Forschungsteam mit einer durchschnittlichen Transmission im sichtbaren Bereich von 43,2 % einen Wirkungsgrad von bis zu 9,26 %. Daraus ergibt sich eine LUE von bis zu 4,0 %.
Nach Angaben der Forschenden soll die Transparenz künftig weiter erhöht werden, ohne den Wirkungsgrad zu beeinträchtigen. Organische Solarmodule mit einer Lichtdurchlässigkeit von deutlich über 50 % könnten beispielsweise in Gebäudefassaden oder Gewächshäusern eingesetzt werden. Für Anwendungen, bei denen getöntes Glas erwünscht ist, etwa Autodächer oder Fassadenelemente, kommen auch Module mit geringerer Transparenz infrage.
Mehr als 100 Zellen per Laserstrukturierung verschaltet
Die Module bestehen aus jeweils mehr als 100 Solarzellen, die mittels Laserstrukturierung miteinander verschaltet wurden. Die Solarzellen verfügen über eine im nahen Infrarot reflektierende Rückelektrode, die durch Sputtern auf ein Glassubstrat aufgebracht wird. Darauf folgen eine Absorberschicht aus organischen Halbleitern und eine metallfreie Top-Elektrode aus dem leitfähigen Polymer PEDOT:PSS. Mehrere Schichten werden per Slot-Die-Beschichtung aufgetragen. Für die Top-Elektrode entwickelte Heraeus Epurio eine neue PEDOT:PSS-Formulierung, die zu einer höheren Transparenz der Module beiträgt.
Da die Slot-Die-Beschichtung mit Rolle-zu-Rolle-Prozessen kompatibel ist, eignet sich das Verfahren auch für die Herstellung organischer Solarmodule auf Folien. Erste im Projekt gefertigte flexible Module behielten nach Angaben des Fraunhofer ISE nach 1274 Biegezyklen über einen Stab mit 15 mm Durchmesser ihre ursprüngliche Effizienz. Das Unternehmen Rowo Coating stellte dafür die Folien her. Als nächsten Schritt wollen die Forschenden größere flexible Modulflächen realisieren.
Partner und Finanzierung
Die Forschungsergebnisse sind Teil des Projekts ‚Durchblick-PV – Entwicklung von organischen Solarmodulen mit hoher visueller Transparenz‘, unterstützt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK, heute BMWE). Projektpartner waren Heraeus Epurio, Rowo Coating, Asca und die Universität Freiburg.
Originalpublikation:
[L. Pap L et al.: Toward scalable semitransparent organic photovoltaics: Slot-die-coated 210-cm2 modules with visible transmission of up to 50% and LUE up to 4%; Joule, 2026, 0, DOI: 10.1016/j.joule.2026.102598]
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Quelle und Bild: www.ise.fraunhofer.de