Interview mit Dr. Holger Röhm: Organische Solarzellen und Perowskit-Zellen

Vorwort

Dr. Holger Röhm forscht am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unter anderem an organischen Solarzellen und Perowskit Solarzellen – also zwei Arten von Dünnschicht-Solarzellen. Wir haben uns im Vorfeld dazu informiert und ein Experteninterview mit ihm geführt. Im Folgenden sind die Inhalte des Gesprächs aufgeführt, in dem organische Zellen und Perowskit-Zellen mit den Siliziumzellen verglichen werden.

Interview

Perowskit-zellen funktionieren ähnlich wie Siliziumzellen: Durch den photovoltaischen Effekt werden Elektronen angelegt und durch eine Raumladungszone abtransportiert und durch einen Widerstand geleitet.

Besonders dabei: die Zellen sind etwa 100-mal dünner und damit leichter, was Vorteile bei der Montage mit sich bringt. Trotz kurzer Entwicklungszeit erreichen sie erstaunlich hohe Wirkungsgrade von bis zu 35%. Außerdem können die Perowskit-Materialien manipuliert werden, dass sie nur bestimmte Lichtstrahlen absorbieren. Somit werden Multi-Junction-Systeme bzw. Tandemzellen möglich, bei denen Perowskitzellen über Siliziumzellen montiert sind. Auf diese Weise könnten theoretisch Wirkungsgrade bis zu über 80% erzielt werden, so weit ist die Forschung aber noch nicht.
Nachteile der Perowskitzellen ist primär die bisher noch schlechte Haltbarkeit und manche Inhaltsstoffe wie das Schwermetall Blei. Durch eine weit ausgebaute und kosteneffiziente Siliziumzellenproduktion v.a. in China ist die Perowskit-zelle auch noch weit davon entfernt, konkurrenzfähig zu werden. Allerdings gibt es bereits heute Anwendungen in der Forschung oder auf für Siliziumzellen ungeeignete Flächen, in denen Perwoskit-zellen zum Einsatz kommen.

Organische Solarzellen bestehen aus organischem Material (v.a. Kohlenstoff-moleküle) und werden auf andere Weise dotiert als Perowskit-Zellen. Statt sie durch Metalle zu “verunreinigen”, werden sie mit bestimmten Kunststoffketten angereichert, die die Elektronen zu den Polen leiten.

Organische Zellen haben den Vorteil, dass sie aus umweltfreundlicheren Materialien bestehen und der Materialverbrauch insgesamt eher niedritg ist. Außerdem sind sie flexibel und noch lichtdurchlässiger als Perowskitzellen, was eine Anwendung auf Glasdächern auf Gewächshäusern denkbar macht.
Allerdings erreichen organische Zellen bisher nur geringere Wirkungsgrade von bis zu 21%. Außerdem ist die Herstellung im Vergleich zu Siliziumzellen noch nicht konkurrenzfähig und sind ebenfalls nicht so langlebig wie Siliziumzellen.

Siliziumzellen überzeugen also vor allem durch ihre Langlebigkeit, die vergleichsweise hohen Wirkungsgrade und die günstige Produktion. Trotzdem sieht Röhm die Möglichkeit, dass Perowskitzellen in Zukunft eine gute Alternative zu Siliziumzellen sein könnten und dass organische Zellen in bestimmten Anwendungsbereichen Verwendung finden.