Een onderzoeksteam uit Neurenberg en Erlangen heeft een nieuw record gevestigd voor de energieconversie-efficiëntie van organische fotovoltaïsche (OPV) modules. De wetenschappers ontwierpen een OPV-module met een efficiëntie van 12,6 procent over een oppervlakte van 26 vierkante centimeter. Het voormalige wereldrecord van 9,7 procent werd met 30 procent overschreden.

Dit is de hoogste efficiëntiewaarde ooit gerapporteerd voor een organische fotovoltaïsche module. Dit werd bevestigd door een gecertificeerde gekalibreerde meting onder standaard testomstandigheden door het onafhankelijke certificeringslaboratorium van Fraunhofer ISE (Freiburg) in september 2019. De meercellige module is ontwikkeld in de Solar Factory of the Future op de Energie Campus Nürnberg (EnCN) in een coatinglaboratorium met een unieke megawatt-pilootlijn voor dunnefilm fotovoltaïsche energie, die is ontworpen en uitgevoerd met financiële steun van het Beierse ministerie van Economische Zaken.

"Deze doorbraak toont aan dat Bavaria niet alleen een leider is in de vooruitgang van fotovoltaïsche installaties, maar neemt ook een leidende positie in bij de ontwikkeling van toekomstige technologieën, " zegt Hubert Aiwanger, minister van Economische Zaken van Beieren, regionale ontwikkeling en energie.

Organische zonnecellen bestaan ​​meestal uit twee organische componenten met de nodige halfgeleidereigenschappen. In tegenstelling tot conventioneel gebruikt silicium, die wordt vervaardigd door middel van energie-intensieve smeltprocessen, organische materialen kunnen direct vanuit oplossingen op een dragerfolie of glasdrager worden aangebracht.

Aan de ene kant, dit verlaagt de productiekosten; anderzijds, het gebruik van flexibele, lichtgewicht materialen zorgen voor nieuwe toepassingen, zoals mobiele apparaten of kleding, ook al is het rendement nog niet vergelijkbaar met dat van traditionele siliciumzonnecellen.

"Deze mijlpaal in onderzoek naar organische halfgeleiders toont aan dat de nieuwste prestatieontwikkelingen met gecertificeerde celefficiënties van meer dan 16 procent niet beperkt zijn tot laboratoriumschaal, maar klaar om opgeschaald te worden naar het niveau van prototype modules, " legt prof. Christoph Brabec van FAU uit, directeur bij HI ERN, en wetenschappelijk directeur van de Solar Factory of the Future, een onderzoeksgroep van ZAE Bayern.

Door hun ontwerp, het rendement van complete fotovoltaïsche modules is altijd iets lager dan dat van individuele cellen. Een deel van het modulegebied, bijvoorbeeld, is altijd inactief omdat het wordt gebruikt voor de onderlinge verbinding van de afzonderlijke cellen. Met een toenemend modulegebied, de verliezen veroorzaakt door de elektrische weerstand van de elektroden nemen ook toe.

De recordmodule bestaat uit twaalf serieel geschakelde cellen en heeft een geometrische vulfactor van meer dan 95 procent. Dit deel van het modulegebied draagt ​​actief bij aan de stroomopwekking. Met betrekking tot het actieve gebied, de module haalt zelfs een rendement van 13,2 procent. De minimalisering van inactieve gebieden werd bereikt door laserstructurering met hoge resolutie, zoals de afgelopen jaren in de "Solar Factory of the Future" is ontwikkeld en geoptimaliseerd.