Das Helmholtz-Institut für Erneuerbare Energien hat ein Computermodell entwickelt, auf dessen Basis sich effiziente organische Solarzellen per Drucker produzieren lassen sollen.

 

Solarzellen aus dem Drucker sind nichts Neues. Doch was Forschende des Helmholtz-Instituts für Erneuerbare Energien jetzt entwickelt haben, könnte der Idee in der Praxis neuen Schub verleihen. Bis dato haben Zellen auf organischen Folien eine vergleichsweise geringe Leistung und kurze Lebensdauer. Die Helmholtz-Experten haben am Computer den Zusammenhang zwischen Solarzellenfertigung und entstehender Struktur untersucht. Ergebnis: Sie haben Vorgaben für die „Tintenformulierung“ und die Verarbeitungsbedingungen ermittelt, mit denen sich die Leistung der Zellen optimieren lässt.

Wie das Forschungszentrum Jülich, wo das Helmholtz-Institut organisatorisch angesiedelt ist, mitteilt, kann der Ansatz in Zukunft auf neuere organische Materialsysteme angewendet werden. Grundfrage bei der Simulation: Die photoaktive Schicht besteht bei organischen Solarzellen aus mindestens zwei Materialien. Die Leistung ist stark abhängig von der Morphologie, in der sich die Materialien beim Trocknen der nass abgeschiedenen Lösung anordnen, wie die Wissenschaftler erklären. Die Beziehung zwischen Prozess und Struktur sei jedoch noch unzureichend verstanden.

Für die Untersuchung verwendeten die Experten ein „gekoppeltes Phasenfeld-Fluidmechanik-Rahmenwerk. Damit lässt sich der Trocknungsvorgang simulieren. Und so sei es möglich, „das Zusammenspiel aller relevanten physikalischen Prozesse wie Verdunstung, Kristallkeimbildung und -wachstum sowie Flüssigkeitsentmischung in einem einzigen kohärenten theoretischen Rahmen zu untersuchen“.

Die Ergebnisse der Simulationen haben die Helmholtz-Forschenden im Journal ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht. Die Daten stimmen nach ihren Angaben mit experimentellen Ergebnissen überein.