Umweltfreundliche Verfahren zur Herstellung von organischen Solarzellen mit neuen Materialien stehen im Fokus von ›MatHero‹. Das vom Karlsruher Institut für Technologie koordinierte neue Projekt zielt darauf, den Wirkungsgrad von organischen Solarzellen zu verbessern, die Produktionskosten zu senken, die Lebensdauer zu erhöhen und die organische Photovoltaik damit wettbewerbsfähig zu machen. Dabei spielen ›grüne‹ Prozesse zur Materialsynthese und Beschichtung eine Schlüsselrolle.

Organische Solarzellen können der Photovoltaik neue Märkte erschließen, denn die aus Kunststoffen bestehenden Solarzellen bieten viele Vorteile: Sie sind leicht, mechanisch flexibel, lassen sich in verschiedenen Farben fertigen und eröffnen damit vielfältige Anwendungsfelder und Gestaltungsmöglichkeiten. Überdies lassen sich organische Solarzellen in material- und energiesparenden Druckprozessen herstellen und eignen sich folglich für eine kostengünstige Produktion in hohen Stückzahlen.

Um die organische Photovoltaik für den Massenmarkt tauglich zu machen, sind allerdings noch verschiedene Herausforderungen zu meistern: So gilt es, die Effizienz der Energiewandlung zu verbessern, das heißt, den Wirkungsgrad der organischen Solarzellen auf deutlich über zehn Prozent zu steigern, sowie die Kosten der Materialsynthese zu senken und die Lebensdauer der Materialien und Module auf über zehn Jahre zu erhöhen.

Um diese Ziele zu erreichen, erforscht das europäische Projektkonsortium von MatHero – New materials for highly efficient and reliable organic solar cells umweltfreundliche Prozesse für Materialsynthese, Beschichtung und Druck. Dabei werden die organischen Solarzellen aus chlorfreien Lösungsmitteln hergestellt.

»Der Einsatz umweltverträglicher Lösungsmittel ist entscheidend für die Kostensenkung, denn dadurch erübrigen sich aufwendige Sicherheitsmaßnahmen im industriellen Umfeld«, erklärt Dr. Alexander Colsmann vom Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT. Gemeinsam mit Christian Sprau koordiniert Colsmann das Projekt.

MatHero deckt die gesamte Wertschöpfungskette organischer Solarzellen ab: von Design und Synthese der eingesetzten Polymere über den Aufbau der Solarzellen und die Herstellung und Charakterisierung der Module bis hin zur Bewertung der Langzeit-Stabilität.
Abschließend soll ein umweltfreundlich gedrucktes organisches Solarmodul für netzunabhängige Anwendungen entstehen. In dem Konsortium arbeiten Physiker, Chemiker, Materialwissenschaftler und Ingenieure interdisziplinär zusammen, um wissenschaftliche Grundlagen ebenso wie Fragen der Produktentwicklung zu erforschen. Die Wissenschaftler des KIT entwickeln neue Solarzellen-Architekturen und erforschen die Hochskalierung der Verfahren auf industrielle Maßstäbe. Dabei steht neben der Verbesserung des Wirkungsgrades die Verwendung von umweltverträglichen Lösemitteln im Focus.

Die EU fördert MatHero im 7. Rahmenprogramm mit 3,5 Millionen Euro. Zum Projektkonsortium gehören als Forschungseinrichtungen neben dem KIT das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Potsdam, das Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) in Frankreich und Acondicionamiento Tarrasense (LEITAT) in Spanien, als Industriepartner Advent Technologies SA in Griechenland, Arkema in Frankreich und Eight19 in England.

Das Projekt startete Anfang 2014 und ist auf drei Jahre angelegt.