ORGANISCHE PHOTOVOLTAIK: FORTSCHRITTE UND PERSPEKTIVEN

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1 ORGANISCHE PHOTOVOLTAIK: FORTSCHRITTE UND PERSPEKTIVEN Dieter Neher Physik weicher Materie Institut für Physik und Astronomie Potsdam-Golm acatech Akademietag 2013 Energiewende Chancen für Brandenburg Potsdam,

2 Sonnenenergie Strahlungsleistung der Sonne auf Erdoberfläche (im Mittel) P Sonne = 198 W/m 2 Strahlungsenergie: W Sonne = kj/jahr Energiebedarf (weltweit) : W Bedarf = kj/jahr Elektrische Energie (weltweit) W elekt = kj/jahr Der weltweite Energiebedarf beträgt nur ca % der Energie, die durch Sonnenlicht die Erde erreicht Prof. Dr. Dieter Neher

3 Sonnenenergie in Deutschland PV in der deutschen Stromproduktion* 4 % im Durchschnitt 30 % im Maximum * 2012 c/o Bernd Rech, HZB

4 Organische Halbleiter c/o Christian Cloc, Nanyang Univeristy c/o Sebastian Bange, Univ Potsdam kleine konjugierte Moleküle konjugierte Makromoleküle

5 Präzise Kontrolle der Absorptionseigenschaften c/o Klaus Meerholz, Universität Köln

6 Effizienz von Mehrschicht-Solarzellen Sonnenspektrum und optimale Absorptionsbereiche: Effizienzen von über 30 % nur möglich in Mehrschichtstrukturen mit angepassten Absorptionsbedingungen Graetzel et al., Nature 488, 304 (2012)

7 Beste Polymer-Tandemzelle Aktive Schichten aus Lösung prozessiert Gute Nutzung des Sonnenspektrums 10.6 % Leistungseffizienz im Bauteil 10.6 % Effizienz J. You, Y. Yang et al., Nature Commun. 4, 1446 (2013)

8 Beste organische Multischichtzelle Heliatek Pressemitteilung:

9 Solarzellen - Rekordeffizienzen Prof. Dr. Dieter Neher NREL Solar Cell Efficiency Chart Feb 2013

10 Solarzellen - Rekordeffizienzen Prof. Dr. Dieter Neher NREL Solar Cell Efficiency Chart Feb 2013

11 Modulkosten J. Kalowekamo, E. Baker, Solar Energy 83, 1224 (2009) Prof. Dr. Dieter Neher

12 Cumulative Energy Demand (CED) OPV klar im Vorteil Energy Payback in einem Jahr möglich Größter Kostenfaktor sind Kontakte A. Anctil et al., Progr. in Photovoltaics (2012), DOI: /pip.2226 Prof. Dr. Dieter Neher

13 Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung - Golm Materialsynthese und Solarzellenaufbau Pilotanlage für Drucktechnologien in kontinuierlichem Verfahren Projekt mit Brasilien: Entwicklung von Rolle-zu-Rolle Fertigungsverfahren

14 Anwendungsbeispiel I Aufbau eines Modells einer Busstation mit OPV Zellen, OLEDs und Ladungsspeicher c/o IAP Golm

15 Anwendungsbeispiel II Semitransparente organische Solarzelle in der Verglasung c/o IAP Golm Fdesign, exterior design, Potsdam

16 SOLARFABRIK gedruckte organische PV Grundsätzlicher Aufbau einer organische Solarzelle: (weitere Zwischenschichten möglich) Transparente Verpackung/ Laminierung Transparente Elektrode Aktive Schicht (Polymerblend) Primärelektrode Substrat c/o Christoph Brabec Prof. Dr. Dieter Neher

17 am Standort Golm Analytik optoelektronischer und struktureller Eigenschaften Wissensbasierte Optimierung Drittmittel-geförderte Forschungsverbünde mit akademischen Partnern und Firmen im Bereich organischer und hybrider (Opto-)Elektronik c/o Dieter Neher, Frank Jaiser, UP

18 Hybrid-Photovoltaik Optoelektronische Bauteile aus organischen und anorganischen Halbleitern Ausbau PVComB Dünnschicht-Solarzellen BMBF: Spitzenforschung und Innovation in den neuen Ländern Sprecher Prof. Rech (HZB) Anorganische Dünnschichtzellen(a-si, CIS) Analytik Simulation von Schichtwachstum und Bauteilverhalten Hybride Solarzellen (insb. Tandem-Strukturen) Anorganisch/organische Hybrid-Solarzellen und Techniken für die Photovoltaik Helmholtz Energie Allianz, Sprecher Prof. Koch (HU/HZB) Hybride Dünnschichtphotovoltaik Definierte Donor-Akzeptor Morphologie Kontrolliertes Wachstum organischer und anorganischer Strukturen Charakterisierung von Morphologie und Energetik Anregungs- und Ladungsträgerdynamik Solarzellenaufbau und Modellierung

19 Erfolgreiches Chemisches Design Current Density [ma/cm²] a) P-H P-F DIO 0% 1% 1% 3% Fluorierung des Polymerrückgrats Steigerung der Leistungseffizienz % => 6.6 % Voltage [V] breiter Spektralbereich ( nm) gute Leerlaufspannung sehr geeignet für Tandemzellen S. Albrecht, S. Janietz, K. Fostiropoulos, D. Neher et al., JACS 134, (2012)

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit