Organische Photovoltaik: Großflächige Nanostrukturierung sorgt für effizientere Solarzellen

Für die weitere Verbesserung des Solarzellen-Wirkungsgrades ist es notwendig, zusätzlich zu den intrinsischen Eigenschaften der organischen Materialien die optischen Eigenschaften der Solarzellen zu optimieren, berichtet das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS (Dresden).
Mikro- und nanostrukturierte Oberflächen seien bei organischen Solarzellen besonders vorteilhaft, da sie den Wirkungsgrad erhöhen, indem sie den optischen Weg des einfallenden Lichts im aktiven Medium verlängern.

Laserstrahlinterferenzstrukturierung in einem Schritt
Ein besonders schnelles und effizientes Verfahren zur Strukturierung mit hoher Auflösung ist das am IWS praktizierte Verfahren der Direkten Laserstrahlinterferenzstrukturierung (DLIP: Direct LaserInterference Patterning). Damit lassen sich verschiedenste Materialien wie Metalle, Keramiken oder Polymere in einem Prozessschritt mit Mikro- oder Nanostrukturen versehen. Um eine Interferenzstruktur zu erzeugen, werden mindestens zwei kollimierte, kohärente Laserstrahlen auf der Substratoberfläche zur Überlagerung gebracht. Zur Interferenz kommt es im gesamten Überlappungsvolumen der Laserstrahlen, die mit einem einzigen Puls Flächen von mehreren Zentimetern Breite abdecken können. Somit ergäben sich effektive Strukturierungsgeschwindigkeiten von einigen Quadratzentimetern pro Sekunde, betont das IWS.

Wirkungsgrad zwischen 10% und 20% gesteigert
In enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Photophysik (IAPP) der Technischen Universität Dresden wurde der Einfluss der Strukturierung von PET-Folien mittels DLIP auf die Verbesserung der Effizienz von organischen Solarzellen untersucht. Laut IWS zeigte sich, dass Solarzellen auf strukturierten Substraten eine deutliche Leistungssteigerung aufweisen.

Durch die Überlagerung zweier Laserstrahlen wurde eine Linienstruktur erzeugt. Damit sei eine Effizienzsteigerung von rund 10% gegenüber dem unstrukturierten PET-Substrat erzielt worden. Die Überlagerung von drei Laserstrahlen, die nicht in einer Raumebene liegen, oder die Doppelbelichtung mit zwei zueinander verdrehten Linienmustern ergibt eine hexagonale oder Punktestruktur. Sie erweise sich bei organischen Solarzellen auf PET als besonders vorteilhaft und führe zu einem Effizienzanstieg von 21%.
Für die industrielle Umsetzung des Verfahrens entstand am Fraunhofer IWS Dresden ein kompaktes Laserinterferenzsystem, das die Strukturierung innerhalb eines Inline-Prozesses ermöglicht. Das System und Verfahrensprinzip stellen die Wissenschaftler vom 12. bis 14. Juni 2012 auf der diesjährigen Lasys in Stuttgart aus (Stand 4, C31).

04.06.2012 | Quelle: Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH