Organische Solarzellen sind eine vielversprechende Alternative zu heutigen kristallinen Solarzellen aus Silizium, da sie leicht, flexibel und kostengünstig sind. Forschern aus Saudi-Arabien ist es gelungen, die Effizienz von organischen Solarzellen durch Zugabe eines Herbizids zu steigern.

Gute Ergebnisse mit dem Herbizid Diquat

Damit organische Solarzellen ein realistischer Ersatz für kristalline Solarzellen werden können, muss ihr Wirkungsgrad deutlich verbessert werden. Das heißt, sie müssen deutlich mehr der einfallenden Sonnenenergie in Strom umwandeln können. Dabei kommt es vor allem auf die richtige Kombination der verwendeten Materialien an.

Forscher der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST) in Saudi-Arabien haben gezeigt, dass Diquat, ein bekanntes Herbizid, die Umwandlungseffizienz von organischen Solarzellen steigern kann. Die Doktoranden Yuanbao Lin und Thomas Anthopoulos haben Diquat als molekularen Dotierstoff verwendet, um den Wirkungsgrad zu verbessern.

Wirkungsgrad stieg auf 18,3 Prozent

Solarzellen haben eine n-Schicht und eine p-Schicht, die den negativen beziehungsweise den positiven Ladungsträger darstellen. Diese Ladungen werden durch gezielte Verunreinigungen erreicht. Der Dotierstoff ist das Material, das eine n-Schicht erzeugt. Die Forscher fügten Diquat zu zwei organischen Materialsystemen hinzu, die zuvor eine gute photovoltaische Leistung gezeigt hatten.

Das Ergebnis: Der Wirkungsgrad der organischen Solarzelle verbesserte sich im ersten Fall von 16,7 Prozent auf 17,4 Prozent. Im zweiten Fall erreichten die Forscher sogar 18,3 Prozent. Das war möglich, weil Diquat als Dotierstoff sowohl die optische Absorptionsfähigkeit der Zellen als auch die Lebensdauer der elektrischen Ladungen verbessert.

Die Forscher konnten neutrales Diquat erzeugen

Allerdings verhält sich Diquat wie viele andere organische n-Typ-Dotierstoffe in einer normalen Umgebungsatmosphäre reaktiv, ist also instabil. Deshalb wurde es bisher nicht als molekularer Dotierstoff eingesetzt. Den Forschern in Saudi-Arabien ist es aber gelungen, durch elektrochemische Reduktion von geladenem Diquat neutrales Diquat zu erzeugen, das an der Luft stabil bleibt.

Der Wirkungsgrad soll auf 20 Prozent steigen

Somit ist Diquat eine vielversprechende Wahl für die nächste Generation von organischen Solarzellen. Forscher erwarten einen Wirkungsgrad von 20 Prozent für diese Art Solarzellen. Das Team in Saudi-Arabien will darauf hinarbeiten, diesen Wirkungsgrad zu erreichen, damit sie zu einer echten Alternative werden. Zum Vergleich: Moderne Siliziumzellen erreichen inzwischen Wirkungsgrade von über 25 Prozent. Allerdings können sie aus physikalischen Gründen nur maximal 30 Prozent der einfallenden Sonneneinstrahlung überhaupt nutzen. Eine solche Grenze gibt es bei organischen Solarzellen nicht.

Quellen / Weiterlesen

Impurities boost performance of organic solar cells | EurekAlert!
A Simple n-Dopant Derived from Diquat Boosts the Efficiency of Organic Solar Cells to 18.3% | ACS Publications
Bildquelle: © Yuanbao Lin

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