Organische Solarzellen bestehen aus organischen Kohlenwasserstoffverbindungen (Kunststoffen) mit einer speziellen Elektronenstruktur. Aufgebracht auf ein Trägermaterial wie beispielsweise eine transparente Folie sind sie auch auf unebenen Flächen einsetzbar oder können aufgerollt werden. Die Zellen für eine emissionsfreie Stromproduktion erreichen inzwischen Wirkungsgrade, die jenen der Siliziummodule nahekommen, doch die kurze Lebensdauer der Materialien ist nach wie vor ein Problem. Das Netzwerk OPV Stability will es in den kommenden vier Jahren lösen.
„Mittlerweile gibt es Tausende Materialkombinationen, aus denen organische Solarzellen hergestellt werden können. Jede hat ihre eigene Stabilität. Wir wollen herausfinden, welche der Strukturen besonders stabil und effizient in der Stromausbeute sind“, erklärte Projektleiter Gregor Trimmel vom Institut für Chemische Technologie von Materialien auf Anfrage der APA. Dazu werden vor allem zehn Dissertantinnen und Dissertanten aus dem Marie Skłodowska-Curie Doctoral Network beitragen.
Zehn Forschungsinstitute - neben der TU Graz u. a. die Ben-Gurion-Universität des Negev (Israel), die Universität Potsdam, die Universität Karlstad (Schweden) oder auch die Johannes Kepler Universität Linz bekommen in den kommenden Monaten je eine Doktorandenstelle, um die Entwicklungsarbeit in Kooperation mit Industriepartnern voranzutreiben. Dazu sollen die Verwitterungsprozesse der Materialien im Detail untersucht werden. „Wie zersetzen sich die Materialien, welche Verbindungen sind stabiler, wo sind die Schwachstellen?“ - das seien die Fragen, die man beantworten möchte.
Hierfür werden die organischen Verbindungen u. a. im Labor künstlichem Sonnenlicht ausgesetzt und auch unter realen Wetterbedingungen in Europa sowie der Negev-Wüste getestet. Die Analyse der schleichenden Degradation ist allerdings eine Herausforderung, erläuterte Trimmel: „Organische Solarzellen sind maximal 200 Nanometer dick. Um darin Zersetzungsprodukte isolieren zu können, braucht es sehr spezielle Methoden und Instrumente“, wie der Grazer Materialexperte schilderte. Zusätzlich will man künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen nützen, um die großen Datenmengen zu analysieren, die in Hochdurchsatzverfahren generiert werden.
Letztlich will man genauer bestimmen können, wie die Moleküle beschaffen sein müssen, um den Zersetzungsprozessen besser standzuhalten. Neben den praktischen Tests werden auch digitale Simulationen chemischer Verbindungen durchgeführt, um die optimal geeigneten Materialien für die organischen PV-Zellen der nächsten Generation zu finden.
