PHOTOVOLTAIK - Neue Konzepte

Transkript

1 FVEE - Jahrestagung 2010: "Forschung für das Zeitalter der erneuerbaren Energien - Jahre FVEE" PHOTOVOLTAIK - Neue Konzepte V. Dyakonov a, C. J. Brabec a, J. Hauch b a Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. (ZAE Bayern) b Konarka Technolgies Inc

2 Motivation: warum organische HL? hochabsorbierend mechanisch flexibel, leicht variable Form und Farbe, Transluzenz niedrige Herstellungskosten sehr gutes Schwachlichtverhalten

3 Im ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE) arbeiten mehrere Institute an der Entwicklung von neuartigen organischen Solarzellen: ZAE Bayern Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff- Forschung Baden-Württemberg (ZSW) Fraunhofer ISE Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) Forschungszentrum Jülich (FZJ)

4 Prinzip: Licht induzierter Ladungstransfer

5 Aufbau: Zweischicht (bilayer)

6 Aufbau: Einschicht (single-junction) Bulk-Heterojunction

7 Konzept: bulk-heterojunction (Heterogemisch) Transparent Anode Fullerene Polymer Aluminium Cathode

8 Entwickung : erste organische Solarzelle, C. Tang et al. (ca. 1%) C. Tang, Kodak-Eastman, Rochester, USA : erste effiziente single-junction Polymersolarzelle, S. Shaheen et al. (2.5 %) 2007: erste effiziente Polymer-Stapelzelle, A. Heeger et al. (6.5 %) 2010: Rekord single-junction Polymersolarzelle, Luping Yu & Solarmer (7.4% %)

9 6,5% Solarzelle Science 317 (2007) 222

10 7,4% Solarzelle For the Bright Future Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells with Power Conversion Efficiency of 7.4% By Yongye Liang, Zheng Xu, Jiangbin Xia, Szu-Ting Tsai, Yue Wu, Gang Li,* Claire Ray, and Luping Yu* Adv. Mater. 22 (2010) 1-4 thieno [3,4-b] thiophenebenzodithiophene fullerene derivative of C70

11 Elementarprozesse OPV Transparent Anode Transparent Anode Transparent Anode Transparent Anode Fullerene Polymer Fullerene Polymer Fullerene Polymer Fullerene Polymer Aluminium Cathode Aluminium Cathode Aluminium Cathode Aluminium Cathode

12 Produktionstechnologie Industrieprozessrelevante Technologie: Rolle-zu-Rolle-Beschichtung und Verkapselung

13 Wirkungsgrad Efficiency (%) 14 OPV (polymer) 14 Dye sensitized solar cells (DSSC) 12 Kleinmolekül-Tandem, Vakuumprozess EPFL 10 University of Lausanne Konarka Sharp Konarka (SSDSSC) Solarmer Solarmer Konarka UCSB / U Lavall Plextronics / Konarka Konarka 8,3% Tandem, heliatek & IAPP, Dresden PM am UCSB U Linz U Linz Year Siemens U Linz Seit 2005 beträgt die absolute Steigerungsrate in etwa 0,8%/Jahr

14 Lebensdauer flexible SZ lichtstabil für > C (@ mpp) η h

15 Shading Structures & BIPV Skyshades Greg Norman Headquarters FVEE - Jahrestagung 2010: "Forschung für das Zeitalter der erneuerbaren Energien - Jahre FVEE" 3-form/Lundberg De San Francisco Bus S Anwendungen arging Derzeit: Nischenanwendungen im Verbraucherelektronikbereich Recharge-Our-World, Zukunft: gebäudeintegrierte Photovoltaik (GIPV) Nomad Outdoor Charger Konarka Technologies, Inc. Arch Aluminum & Glass Curtain Wall Neuber s Shading Structures & BIPV Skyshades Greg Norman Headquarters Portable charging 3-form/Lundberg Design San Francisco Bus Shelter Bubble Bags Neuber s er Kona Konarka Technologies, Inc. Arch Aluminum & Glass Curtain Wall ructures & BIPV 3-form/Lundberg Design San Francisco Bus Shelter Recharge-Our-World, Nomad Outdoor Charger Konarka Technologies, Inc.

16 Zielsetzungen (Beitrag zum 6.EFP) Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen auf 14% bzw. von Modulen auf 8-10 % bis 2015 Steigerung der Lebensdauer auf > 10 Jahre Entwicklung der Produktionstechnik (Rolle-zu-Rolle) für organische Solarmodule (polymere, molekulare, vakuumprozessierbare Systeme) Entwicklung von günstigen Barrierenfolien mit niedrigen Permeabilitäten und hoher Stabilität der Barrierematerialien zur Verkapselung organischer Solarmodule Entwicklung von gedruckten, transparenten Elektroden mit hoher Leitfähigkeit

17 FuE-Bedarf (Beitrag zum 6.EFP) erstellt zusammen mit Dr. Michael Powalla (ZSW) Entwicklung von maßgeschneiderten organischen p- und n-materialien mit geeigneten opto-elektronischen Eigenschaften Erhöhung der intrinsischen Lebensdauer von organischen Absorbermaterialien Kontrolle über die Morphologie der Absorberschicht im Nanometer- bzw. Subnanometerbereich Technologieentwicklung für lösungsmittel-prozessierbare organische Tandem-Solarzellen Entwicklung industrieprozessrelevanter Technologien: Rolle-zu-Rolle- Beschichtung und Verkapselung

18 Finanzielle Unterstützung