Der Wirkungsgrad einer Solarzelle lässt sich durch
Oberflächenstrukturierung deutlich erhöhen. Ein neues
laserbasiertes Strukturierungsverfahren für organische Solarzellen
ist besonders schnell und effizient und damit für den
industriellen Einsatz bestens geeignet.
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dem direkten Laserstrahlinterferenzstrukturierung (DLIP) lassen sich
verschiedenste Materialien wie Metalle, Keramiken oder Polymere in
einem Prozessschritt mit Mikro- oder Nanostrukturen versehen. |
Die organische Photovoltaik durchläuft in den letzten Jahren
enorme Fortschritte bei der Verbesserung der photoelektrischen
Effizienz und bietet zudem die Möglichkeit der Skalierbarkeit auf
große und flexible Flächen. Für die weitere
Verbesserung des Wirkungsgrades ist es notwendig, zusätzlich zu
den intrinsischen Eigenschaften der organischen Materialien die
optischen Eigenschaften der Solarzellen zu optimieren. Mikro- und
nanostrukturierte Oberflächen sind bei organischen Solarzellen
besonders vorteilhaft, da sie die Effizienz von Solarzellen
erhöhen, indem sie den optischen Weg des einfallenden Lichts im
aktiven Medium verlängern.
Ein besonders schnelles und effizientes Verfahren zur Strukturierung
mit hoher Auflösung ist das am Fraunhofer-Institut für
Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden praktizierte Verfahren der
Direkten Laserstrahlinterferenzstrukturierung (DLIP: Direct Laser
Interference Patterning). Damit lassen sich verschiedenste Materialien
wie Metalle, Keramiken oder Polymere in einem Prozessschritt mit Mikro-
oder Nanostrukturen versehen. Um eine Interferenzstruktur zu erzeugen,
werden mindestens zwei kollimierte, kohärente Laserstrahlen auf
der Substratoberfläche zur Überlagerung gebracht. Zur
Interferenz kommt es im gesamten Überlappungsvolumen der
Laserstrahlen, die mit einem einzigen Puls Flächen von mehreren
Zentimetern Breite abdecken können. Somit ergeben sich effektive
Strukturierungsgeschwindigkeiten von einigen Quadratzentimetern pro
Sekunde.
In enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte
Photophysik (IAPP) der Technischen Universität Dresden wurde der
Einfluss der Strukturierung von PET-Folien mittels DLIP auf die
Verbesserung der Effizienz von organischen Solarzellen untersucht. Es
zeigt sich, dass Solarzellen auf strukturierten Substraten eine
deutliche Leistungssteigerung aufweisen. Durch die Überlagerung
zweier Laserstrahlen wurde eine Linienstruktur erzeugt. Damit wurde
eine Effizienzsteigerung von ca. 10% gegenüber dem
unstrukturierten PET-Substrat realisiert. Die Überlagerung von
drei Laserstrahlen, die nicht in einer Raumebene liegen, oder die
Doppelbelichtung mit zwei zueinander verdrehten Linienmustern ergibt
eine hexagonale oder Punktestruktur. Sie erweist sich bei organischen
Solarzellen auf PET als besonders vorteilhaft und führt zu einem
Effizienzanstieg von 21%.
Für die industrielle Umsetzung des Verfahrens entstand am
Fraunhofer IWS Dresden ein kompaktes Laserinterferenzsystem, das die
Strukturierung innerhalb eines in-line Prozesses ermöglicht.
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