Ulmer Forschung ermöglicht Weltrekord: Organische Solarzelle erreicht Wirkungsgrad von zwölf Prozent

Für diesen Weltrekord auf einer Standardgröße von 1,1 Quadratzentimetern ist ein so genannter Absorber, der an der Universität Ulm entwickelt und synthetisiert wurde, maßgeblich mitverantwortlich. In Kombination mit einem weiteren Absorber von Heliatek können die Zellen Licht mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen in Energie umwandeln. Diese verbesserte energetische Ausnutzung macht organische Solarzellen noch leistungsfähiger. „Eine Zelleffizienz von zwölf Prozent ist für die organische Photovoltaik sensationell. Wir kommen den Wirkungsgraden von handelsüblichen Silizium-Solarzellen, die bis zu 20 Prozent erreichen, langsam näher“, erklärt Professor Peter Bäuerle, Direktor des Instituts für Organische Chemie II und Neue Materialien sowie Mitbegründer von Heliatek. Im Gegensatz zu den etablierten Technologien seien organische Solarzellen auch bei hohen Temperaturen oder geringem Lichteinfall gute Energieerzeuger. Daher ist der jetzt gemessene Wirkungsgrad von zwölf Prozent mit einer Zelleffizienz von 14 bis 15 Prozent von herkömmlichen Silizium-Modulen und der Dünnschichtphotovoltaik vergleichbar. Die organischen Solarfolien der Heliatek GmbH basieren auf ultradünnen Schichten aus Elektroden und kleinen Molekülen (Oligomere). Bei der Herstellung werden organische Solarzellen auf Polyester-Folien gedampft. Die fertigen papierdünnen „Energieerzeuger“ können problemlos in Fenster oder etwa Fassaden integriert werden, sind kostengünstig und umweltfreundlich. Bis zur Einweihung der ersten Heliatek-Produktionsanlage im vergangenen Jahr war es jedoch ein langer Weg. Am Anfang standen synthetische Farbstoffe als Produkte der Ulmer Grundlagenforschung. Diese Substanzen sind von Dresdner Physikern um Professor Karl Leo (Institut für Angewandte Photophysik/IAPP) und Dr. Martin Pfeiffer (IAPP, jetzt Heliatek) in Solarzellen eingebracht und getestet worden. Die beeindruckenden Ergebnisse gaben 2006 den Anstoß zur gemeinsamen Ausgründung der Universitäten Ulm und Dresden. Inzwischen ist die Heliatek GmbH mit Sitzen in Dresden und Ulm weltweiter Technologieführer bei der Entwicklung und Fertigung organischer Solarfolien. Mit dem gerade aufgestellten Weltrekord hat sich das Unternehmen selbst übertroffen: Vor neun Monaten ist Heliatek-Solarzellen ein Wirkungsgrad von 10,7 Prozent bescheinigt worden. Auch schon vorher konnte das Unternehmen zahlreiche Rekorde für sich verbuchen. Bis heute arbeiten Wissenschaftler um Peter Bäuerle eng mit einer unternehmensinternen Forschergruppe zusammen: An der Uni Ulm werden Farbstoffe mit einer möglichst hohen Lichtabsorption zunächst am Computer berechnet, dann im Labor synthetisiert und „maßgefertigt“. Besonders viel versprechende Proben durchlaufen mehrstufige Tests in der Heliatek-Forschungsabteilung. Im Erfolgsfall kommen die allerbesten Absorber in die Pilotproduktionsanlage. „Tatsächlich haben bisher mehrere hundert Substanzen, die bei uns im Institut und in der Heliatek-Chemieabteilung synthetisiert wurden, die Entwicklungsschleife durchlaufen, sind also vermessen und kontinuierlich weiter verbessert worden. Jetzt haben zwei hoch optimierte und aufeinander abgestimmte Absorber den Weltrekord ermöglicht“, sagt Bäuerle. Fernziel aller an Heliatek beteiligten Chemiker, Physiker und Ingenieure ist eine organische Solarzelle, deren Wirkungsgrad der Silizium-Technologie entspricht. „Nur mit der gezielten Entwicklung von neuen und leistungsfähigeren organischen Absorbern können wir die nächste Stufe erreichen. Im hoch kompetitiven und weltweit intensivst beforschten Feld der or ganischen Photovoltaik wird ein Wirkungsgrad von 15 Prozent als nächster Meilenstein gesehen“, sagt der Ulmer Institutsleiter und Heliatek-Mitbegründer Peter Bäuerle. An der Universität Ulm forsche man bereits mit Hochdruck. Die Wissenschaftler werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), dem EU FP7-Programm und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.