Seit über 150 Jahren ist der photovoltaische Effekt bekannt: Licht setzt in Halbleitermaterialien Ladungsträger frei – die Voraussetzung für die Entwicklung der Solarzellen. Die Silizium-Solarzellen hielten Ende der 1950er Einzug in die Raumfahrt und unterstützten die Energieversorgung der frühen Satelliten.

Im Fokus der Halbleiter-Wissenschaftler standen seither anorganische Materialien, angefangen bei den Elementen Selen, Silizium und Germanium bis zu den Verbindungshalbleitern Galliumarsenid, Cadmiumtellurid und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Bei den Herstellverfahren lehnte sich die Technologie der kristallinen Siliziumzellen weitgehend an die der Chip-Produktion an.

Verbindungshalbleiter wie CIGS können mittels Vakuumverfahren großflächig in Mikrometer-dünnen Schichten abgeschieden werden. Ebenso das durch Plasmazersetzung von Silanerzeugte amorphe Silizium (a-Si).(1) Beide Zelltypen zählt man zu den so genannten Dünnschichtzellen. Neben neuen Halbleitern beschäftigt sich die Forschung mit zwei weiteren wichtigen Richtungen: verfeinerte Bauteile und produktive Herstellverfahren.

Die produktiven, effizienten Produktionsverfahren sind ein wichtiger Aspekt für die industrielle Forschung und Entwicklung, denn die Nachfrage nach Solarzellen ist in den vergangenen Jahren sprunghaft gestiegen: Dank der weltweiten Förderung alternativer Energien ist aus den Anfängen der Photovoltaik längst ein Multi-Milliarden-Euro-Markt geworden.

Zwar werden auch in Zukunft viele Länder weiter fördern, denn noch ist Solarenergie deutlich teurer als andere Energieträger. Doch langfristig muss die Technik preiswerter werden, wenn sie irgendwann mit den etablierten Energieträgern konkurrieren soll. Um ein wettbewerbsfähiges Preis-Leistungsverhältnis zu erzielen, sind leistungsfähige Billigzellen daher unverzichtbar.

Die Lösung erhofft man sich von der organischen Photovoltaik (2) und ihren neuen, verbesserten Eigenschaften. Die Bauteile der organischen Solarzellen werden biegsam und formbar sein, so dass sich Photovoltaik-Elemente schnell und günstig in Masse produzieren lassen. Das würde die Photovoltaik universeller einsetzbar machen.

Fortsetzung: Geschichte der organischen Photovoltaik (in Kürze)

Anmerkungen:

(1) Silane sind Silizium-Wasserstoff-Verbindungen

(2) entsprechende Projektbeispiele finden sich auf den BMBF-Seiten.