Polymersolarzellen: Fortschritt, Herausforderungen und Perspektiven

Polymersolarzellen mit Heteroübergangsarchitektur (“bulk‐heterojunction polymer solar cell”, BHJ‐PSC) wurden zwei Jahrzehnte lang vor allem auf solche Materialmischungen hin untersucht, bei denen der Elektronendonor ein Polymer und der Elektronenakzeptor ein Fulleren ist. Dies änderte sich erst in neuerer Zeit mit der Einführung von PSCs ohne Fullerenakzeptor. Innerhalb kürzester Zeit haben sich diese fullerenfreien PSCs rasant weiterentwickelt. Fullerenfreie BHJ‐PSCs erreichen mittlerweile einen weit höheren Wirkungsgrad von über 15 % als die effizientesten Fulleren‐PSCs. Vor allem die reinen Polymersolarzellen (“all‐polymer solar cells”, APSCs), bei denen der Heteroübergang aus einem Polymer als Donor und einem Polymer als Akzeptor gebildet wird, finden steigendes Interesse. Sie bieten: 1) eine einstellbare hohe Lichtabsorption durch das Polymer‐Donor/Polymer‐Akzeptor‐Paar; 2) robuste Morphologien des BHJ‐Films; 3) Kompatibilität mit großformatiger und großflächiger Fertigung; 4) eine gute Langzeitstabilität der Zelle gegenüber Umwelt‐ und mechanischer Beanspruchung. Dieser Kurzaufsatz beschreibt die Möglichkeiten und Chancen der APSCs. Er zeigt auf, welche Polymere sich als Bauelemente eignen und wie sich deren Leistungsfähigkeit noch weiter optimieren lässt. Herausforderungen, die für kommerzielle Anwendungen weiter bestehen, werden ebenfalls erörtert.