Organische Solarzellen: eine Alternative für die PV-Zukunft?

Organische Solarzellen gelten als eine der vielversprechendsten Entwicklungen in der Photovoltaik und könnten die Energiewende weiter vorantreiben. Sie sind leicht, biegsam und lassen sich auf fast jeder Oberfläche anbringen. Doch wie schneiden sie im Vergleich zu herkömmlichen Siliziummodulen wirklich ab? Dieser Artikel liefert einen Überblick über Wirkungsgrad, Kosten, Lebensdauer und Einsatzgebiete der organischen Photovoltaik.

Was sind organische Solarzellen und wie funktionieren sie?

Organische Solarzellen sind Solarzellen, die Sonnenlicht mithilfe von kohlenstoffbasierten Materialien in Strom umwandeln. Sie nutzen keine klassischen Halbleiter wie Silizium, sondern organische Verbindungen, etwa spezielle Kunststoffe oder Farbstoffe. Diese lassen sich dünn auf flexible Trägermaterialien aufbringen, zum Beispiel auf Folien.

Das Funktionsprinzip ähnelt dem klassischer Solarzellen, unterscheidet sich aber im Detail. In vier Schritten wird Sonnenlicht zu nutzbarem Strom:

1. Lichtabsorption und Exzitonenbildung: Stellen Sie sich Sonnenlicht als Strom winziger Energiepakete (Photonen) vor. Wenn diese Energiepakete auf die Solarzelle treffen, schubsen sie Elektronen an. Diese angestoßenen Elektronen verbinden sich kurzzeitig mit den Lücken, die sie hinterlassen haben, und bilden so ein Pärchen, das wir "Exziton" nennen.
2. Trennung der Pärchen: Damit Strom fließen kann, müssen wir diese Exzitonen dazu bringen, sich zu trennen. In der Solarzelle gibt es spezielle Bereiche, die für diese Trennung sorgen. Dort entscheiden sich die Elektronen und ihre positiven Partner (Löcher), getrennte Wege zu gehen.
3. Reise zu den Elektroden: Nach der Trennung machen sich die Elektronen und Löcher auf eine Reise durch die Solarzelle. Die Elektronen wandern zur einen Seite (Kathode) und die Löcher zur anderen Seite (Anode). Diese Reise durch die Solarzelle ist wichtig, damit am Ende Strom fließen kann.
4. Stromerzeugung: Haben die Elektronen und Löcher erst einmal ihre jeweiligen Seiten erreicht, sind sie bereit, durch einen externen Stromkreis zu fließen. Dieser Fluss von Elektronen ist das, was wir als elektrischen Strom kennen.

Welche Arten organischer Solarzellen gibt es?

Es gibt drei wesentliche Typen organischer Solarzellen. Sie unterscheiden sich in Aufbau und Materialwahl.

• Bulk-Heterojunction-Zellen (BHJ): Donor- und Akzeptor-Material sind hier fein durchmischt in einer einzigen Schicht. Das vergrößert die Kontaktfläche zwischen beiden Materialien und verbessert die Ladungstrennung. BHJ-Zellen sind der am weitesten verbreitete Typ in der aktuellen Forschung.
• Farbstoffsolarzellen (DSSC): Diese Zellen nutzen einen organischen Farbstoff, der auf eine poröse Schicht aus Titandioxid aufgebracht wird. Der Farbstoff absorbiert das Licht, eine Elektrolytlösung transportiert die Ladungen. DSSC-Zellen funktionieren besonders gut bei diffusem Licht und in Innenräumen.
• Perowskit-Hybridzellen: Streng genommen keine rein organischen Solarzellen, aber eng verwandt. Sie kombinieren organische mit anorganischen Materialien in einer Kristallstruktur. Perowskit Solarzellen erreichen im Labor bereits hohe Wirkungsgrade und gelten als vielversprechende Weiterentwicklung.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad organischer Solarzellen im Vergleich?

Der Wirkungsgrad organischer Solarzellen liegt im praktischen Einsatz derzeit bei etwa 8–12 %. Im Labor wurden bereits Werte von bis zu 19 % erreicht, diese sind jedoch noch nicht auf marktreife Module übertragbar. Zum Vergleich: Monokristalline Siliziummodule, wie sie heute auf den meisten Hausdächern zum Einsatz kommen, erreichen 18–22 %.

Die folgende Übersicht zeigt, wie sich die verschiedenen Solarzellen-Technologien beim Wirkungsgrad einordnen:

Was bedeutet der geringere Wirkungsgrad in der Praxis?

Der geringere Wirkungsgrad bedeutet in der Praxis vor allem eines: mehr Flächenbedarf für die gleiche Leistung. Ein Beispiel macht das greifbar.

Für eine 10-kWp-Photovoltaikanlage werden benötigt:

• Monokristalline Module (20 % Wirkungsgrad): ca. 50 m² Dachfläche
• Organische Solarzellen (10 % Wirkungsgrad): ca. 100 m² Dachfläche

Ein durchschnittliches Einfamilienhaus hat rund 80–120 m² nutzbare Dachfläche. Mit organischen Solarzellen ließe sich dort also deutlich weniger Leistung installieren als mit kristallinen Modulen. Für klassische Dachanlagen ist der Wirkungsgrad daher ein entscheidender Nachteil.

Allerdings haben organische Solarzellen einen Vorteil bei schwachem oder diffusem Licht, etwa bei Bewölkung oder an schattigen Fassaden. In solchen Situationen fällt der PV-Ertrag gegenüber Siliziummodulen geringer aus als der reine Wirkungsgrad-Vergleich vermuten lässt.

Was kosten organische Solarzellen im Vergleich zu klassischen Modulen?

Verlässliche Endkundenpreise für organische Solarzellen gibt es derzeit nicht. Die Technologie ist noch nicht als Standardprodukt für Dachanlagen am Markt verfügbar. Zwar gelten die reinen Materialkosten als potenziell niedrig, weil sich organische Zellen im Druckverfahren herstellen lassen. Allerdings sagt der Materialpreis allein wenig über die tatsächlichen Systemkosten aus.

Zum Vergleich die aktuellen Komplettpreise kristalliner Photovoltaikanlagen:

Warum ist ein direkter Preisvergleich schwierig?

Ein direkter Preisvergleich ist schwierig, weil der niedrigere Wirkungsgrad organischer Zellen die Kosten indirekt erhöht. Für 10 kWp Leistung brauchen organische Module etwa 100 m² Dachfläche, kristalline nur rund 50 m². 

Doppelte Fläche bedeutet mehr Material, mehr Aufwand bei der PV-Montage und höhere Installationskosten. Hinzu kommt: Etablierte Lieferketten, Montagesysteme und Garantierahmen fehlen bei organischer Photovoltaik noch komplett. Wer heute eine wirtschaftliche Dachanlage sucht, fährt mit kristalliner Technik deutlich günstiger.

Wie lange halten organische Solarzellen?

Organische Solarzellen halten derzeit deutlich kürzer als klassische Silizium-Module. Während kristalline Photovoltaikanlagen 25 bis 30 Jahre zuverlässig Strom liefern, liegt die gesicherte Lebensdauer organischer Zellen bei etwa 5 bis 15 Jahren.

Der Grund liegt vor allem in der Degradation des Materials: Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeit und Sauerstoff greifen die organischen Halbleiterschichten an. Verbesserte Verkapselungstechniken verlängern die Haltbarkeit, allerdings fehlen bisher belastbare Langzeitdaten aus dem Feldeinsatz. Für klassische Dachanlagen bleibt die kurze Lebensdauer damit eines der größten Hindernisse.

Für eine klassische Dachanlage, bei der sich die Investition über 20 bis 25 Jahre rechnen soll, sind organische Module deshalb aktuell keine wirtschaftliche Option.

Wie verhalten sich organische Solarzellen bei Schwachlicht, Hitze und im Winter?

Organische Solarzellen verhalten sich je nach Wetterbedingung sehr unterschiedlich und haben gegenüber kristallinen Modulen sowohl Stärken als auch Schwächen. Besonders bei diffusem Licht und hohen Temperaturen können sie punkten. Bei direkter Einstrahlung und mechanischer Belastung durch Schnee fallen sie dagegen zurück.

Die folgende Übersicht zeigt, wie sich die Technologien in typischen Szenarien vergleichen:

Für Hausdächer mit viel direkter Sonneneinstrahlung bleiben kristalline Module die ertragreichere Wahl. Die Stärken organischer Solarzellen kommen vor allem an Standorten zum Tragen, an denen diffuses Licht dominiert, etwa an Nordfassaden oder in Regionen mit vielen Bewölkungstagen.

Sind organische Solarzellen wirklich umweltfreundlicher?

Organische Solarzellen sind in einigen Aspekten umweltfreundlicher als kristalline Module, in anderen jedoch nicht. Die Produktion verbraucht weniger Energie und kommt ohne seltene Erden aus. Gleichzeitig relativieren Lösungsmittel in der Herstellung und die deutlich kürzere Lebensdauer die Umweltbilanz.

Vorteile	Nachteile
Geringerer Energieaufwand in der Herstellung	Verwendung von Lösungsmitteln in der Produktion
Keine seltenen Erden oder kritischen Rohstoffe nötig	Kurze Lebensdauer (5–15 Jahre) erfordert häufigeren Austausch
Potenziell recycelbare organische Materialien	Recyclingverfahren noch nicht etabliert
Weniger CO₂-Emissionen bei der Produktion	Höherer Ressourcenverbrauch über die gesamte Nutzungsdauer
Druckverfahren ermöglicht ressourcenschonende Fertigung	Verkapselungsmaterialien belasten die Ökobilanz

Entscheidend ist die Betrachtung über den gesamten Lebenszyklus. Eine kristalline Photovoltaikanlage mit 10 kWp spart über ihre Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren rund 4 bis 6 Tonnen CO₂ pro Jahr. Organische Module müssten in diesem Zeitraum zwei- bis dreimal ersetzt werden, was die anfänglich bessere Produktionsbilanz wieder aufzehrt. Unter dem Strich sind kristalline Module bei klassischen Dachanlagen auch ökologisch die bessere Wahl.

Für welche Einsatzorte sind organische Solarzellen besonders geeignet?

Organische Solarzellen sind besonders für Einsatzorte geeignet, an denen kristalline Module aus technischen oder optischen Gründen nicht infrage kommen. Ihre Flexibilität, das geringe Solarmodul Gewicht und die Möglichkeit zur Teiltransparenz eröffnen Anwendungsfelder, die mit starren Siliziummodulen nicht umsetzbar wären.

• Gebäudefassaden: Dünne, biegsame Photovoltaik Folien lassen sich direkt in Fassadenelemente integrieren, ohne die Gebäudeoptik zu verändern.
• Transparente Glasflächen: Teiltransparente Zellen erzeugen Strom in Fenstern oder Oberlichtern, ohne das Tageslicht komplett zu blockieren.
• Carports und Leichtbau-Überdachungen: Das geringe Gewicht ermöglicht die Montage auf Konstruktionen, die für schwere Glasmodule nicht ausgelegt sind.
• Mobile Anwendungen: Biegsame Module eignen sich für Rucksäcke, Campingausrüstung oder tragbare Ladegeräte.
• IoT-Geräte und Sensoren: Gutes Schwachlichtverhalten macht sie ideal für Indoor-Anwendungen und autarke Kleinstgeräte.
• Denkmalgeschützte Gebäude: Unauffällige Integration ist möglich, wo herkömmliche Module aus Gründen des Denkmalschutzes nicht erlaubt sind.

Für klassische Hausdächer bleiben kristalline Photovoltaikanlagen die erste Wahl. Wer jedoch Flächen nutzen möchte, die bisher für Solarenergie nicht infrage kamen, findet in organischen Solarzellen eine interessante Ergänzung.

Sind organische Solarzellen schon marktreif oder noch Forschung?

Organische Solarzellen befinden sich derzeit im Übergang von Pilotprojekten zur Kleinserie. Einzelne Hersteller bieten erste Produkte an, etwa für Fassadenintegration oder mobile Anwendungen. Von einer breiten Marktreife für Dachanlagen ist die Technologie aber noch weit entfernt.

Der aktuelle Entwicklungsstand lässt sich in drei Stufen einordnen:

• Laborphase (abgeschlossen): Wirkungsgrade von bis zu 20 % wurden im Labor nachgewiesen. Materialien und Zellkonzepte sind gut erforscht.
• Pilotprojekte (laufend): Erste Fassadeninstallationen und Demonstrationsprojekte laufen im Realbetrieb, vor allem in der gebäudeintegrierten Photovoltaik.
• Massenmarkt (noch nicht erreicht): Standardisierte Produkte für Hausdächer, etablierte Lieferketten, belastbare Garantien und Langzeitdaten fehlen bislang.

Bis organische Solarzellen mit kristallinen Modulen bei Leistung, Haltbarkeit und Preis konkurrieren können, dürften noch einige Jahre Entwicklungsarbeit nötig sein.

Welche Hersteller und Forschungsprojekte treiben die Entwicklung voran?

Zu den bekanntesten Herstellern zählt das Dresdner Unternehmen Heliatek, das organische Solarfolien für Fassaden und Dächer produziert. Das französische Unternehmen Armor stellt ebenfalls flexible organische Module her, unter anderem für mobile Anwendungen. Auf der Forschungsseite arbeitet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) an der Weiterentwicklung organischer Zellkonzepte und neuer Materialien. Auch mehrere deutsche Universitäten, darunter die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, forschen aktiv an höheren Wirkungsgraden und längerer Haltbarkeit.

Sind organische Solarzellen eine Alternative zur klassischen Photovoltaikanlage?

Organische Solarzellen sind nach aktuellem Stand keine gleichwertige Alternative zur klassischen Photovoltaikanlage auf dem Hausdach. Dafür sprechen mehrere Gründe: Der Wirkungsgrad liegt mit 8–12 % deutlich unter dem kristalliner Module (18–25 %). Belastbare Langzeitdaten fehlen. Standardisierte Produkte für Dachanlagen sind am Markt nicht verfügbar. Und eine wirtschaftliche Amortisation lässt sich derzeit nicht seriös berechnen.

Was organische Solarzellen bieten, ist eine sinnvolle Ergänzung für Spezialanwendungen. An Fassaden, auf Leichtbau-Konstruktionen oder in der mobilen Nutzung können sie Flächen erschließen, die für kristalline Module ungeeignet sind. Für alle, die mit einer Photovoltaikanlage auf dem eigenen Dach Stromkosten senken möchten, bleibt kristalline Technologie die klare Empfehlung.

Fazit

Organische Solarzellen sind eine spannende Technologie mit echtem Potenzial, vor allem für Fassaden, transparente Flächen und mobile Anwendungen. Für klassische Hausdach-Anlagen sind sie jedoch noch keine wirtschaftliche Option. Wirkungsgrad, Lebensdauer und fehlende Langzeitdaten sprechen aktuell klar für kristalline Module. Wer heute in eine Photovoltaikanlage investieren möchte, fährt mit bewährter Siliziumtechnologie günstiger, sicherer und ertragreicher. Organische Solarzellen verdienen es, beobachtet zu werden. Als Basis für die eigene Stromversorgung kommen sie aber noch nicht infrage.

Hier finden Sie heraus, ob sich eine PV-Anlage auch für Ihr Haus lohnt: