{"id":115531,"date":"2026-06-24T12:14:58","date_gmt":"2026-06-24T10:14:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=115531"},"modified":"2026-06-24T12:14:59","modified_gmt":"2026-06-24T10:14:59","slug":"leistungsfaehigkeit-steigern-durchbruch-bei-organischen-solarzellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/leistungsfaehigkeit-steigern-durchbruch-bei-organischen-solarzellen\/","title":{"rendered":"Leistungsf\u00e4higkeit steigern \u2013 Durchbruch bei organischen Solarzellen"},"content":{"rendered":"\n
Obwohl die Wirkungsgrade organischer Solarzellen inzwischen auf \u00fcber 20 Prozent gestiegen sind, gibt es physikalische Grenzen, die eine weitere Leistungssteigerung erschweren. <\/p>\n\n\n\n
Ein Forschungsteam der Link\u00f6ping University in Schweden, der Universit\u00e4t Potsdam, des Paul-Drude-Instituts in Berlin und anderer Kooperationspartner konnte nun zeigen, welche physikalischen Prozesse eine zentrale Kenngr\u00f6\u00dfe f\u00fcr die Leistungsf\u00e4higkeit von organischen Solarzellen limitieren. Damit er\u00f6ffnet sich die M\u00f6glichkeit, langj\u00e4hrige Effizienzgrenzen organischer Solarzellen zu \u00fcberwinden.<\/p>\n\n\n\n
Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird im Wesentlichen durch drei Kenngr\u00f6\u00dfen bestimmt: den Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung und den F\u00fcllfaktor, welche die Leistungsf\u00e4higkeit in einem Strom-Spannungs-Diagramm beschreiben. Alle drei Parameter m\u00fcssen weiter optimiert werden, damit organische Solarzellen den etablierten Solarzellen-Technologien wirklich Konkurrenz machen k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n
J\u00fcngste Publikationen zeigen jedoch, dass eine Verbesserung der Leerlaufspannung gleichzeitig zu einer Verschlechterung des F\u00fcllfaktors f\u00fchrt \u2013 und umgekehrt. Diese Herausforderung wurde jetzt in enger Zusammenarbeit der Forschungsgruppen von Prof. Feng Gao (Link\u00f6ping University, Schweden), Prof. Dieter Neher (Universit\u00e4t Potsdam) und Prof. Safa Shoaee (Paul-Drude-Institut f\u00fcr Festk\u00f6rperelektronik, Berlin) gemeinsam mit weiteren Beteiligten angegangen. Das Team konnte zeigen, dass die Erzeugung freier elektrischer Ladungen in der aktiven Schicht der Solarzelle unter gewissen Bedingungen stark von dem elektrischen Feld im organischen Halbleitermaterial abh\u00e4ngt. \u201eDadurch entsteht eine bislang wenig verstandene Begrenzung des F\u00fcllfaktors, die besonders dann relevant wird, wenn Spannungsverluste minimiert werden sollen\u201c, erkl\u00e4rt Dieter Neher.<\/p>\n\n\n\n
In organischen Solarzellen werden durch Licht bestimmte Zust\u00e4nde angeregt, sogenannte Exzitonen. Ein Exziton besteht aus einem negativ geladenen Elektron, das an ein positiv-geladenes Loch auf demselben Molek\u00fcl gebunden ist und sich daher nicht frei bewegen kann. Die Trennung dieser Elektronen-Loch-Paare in freie elektrische Ladungen wird \u00fcber einen Ladungstransfer erreicht, der von den Gruppen von Dieter Neher und Safa Shoaee in den vergangenen Jahren intensiv erforscht wurde. In der aktuellen Publikation wurden die dabei entwickelten Konzepte in Simulationen der gesamten Solarzelle eingebettet. Dabei zeigte sich, dass die Lebensdauer der Exzitonen und die durch den Ladungstransfer freiwerdende Energie die wichtigsten Parameter sind, die den F\u00fcllfaktor bei kleinen Spannungsverlusten bestimmen. <\/p>\n\n\n\n
\u201eDie Konkurrenz zwischen F\u00fcllfaktor und Leerlaufspannung konnten wir auf wenige physikalische Gr\u00f6\u00dfen zur\u00fcckf\u00fchren und simulieren, wie diese Begrenzung durch eine Vergr\u00f6\u00dferung der Exzitonen-Lebensdauer signifikant abgemildert werden kann\u201c, sagt Dieter Neher. Experimentelle und theoretische Ergebnisse best\u00e4tigen, dass eine verl\u00e4ngerte Exzitonen-Lebensdauer ein entscheidender Schl\u00fcssel zur weiteren Effizienzsteigerung ist.<\/p>\n\n\n\n
Zur \u00dcberpr\u00fcfung des Ansatzes entwickelte das Team neue Materialkombinationen. Die daraus hergestellten organischen Solarzellen erreichten gleichzeitig hohe F\u00fcllfaktoren und eine hohe Gesamtleistung. Das Modell bietet allgemeine Leitlinien f\u00fcr die Materialentwicklung und die Optimierung von Solarzellenbauteilen. Es er\u00f6ffnet damit neue M\u00f6glichkeiten, langj\u00e4hrige Effizienzgrenzen organischer Solarzellen zu \u00fcberwinden und ihre Leistungsf\u00e4higkeit weiter zu steigern.<\/p>\n\n\n\n