Solarzellen von der Rolle

  • 21. December 2016

Deutsch-dänisches Forschungsprojekt optimiert Druckverfahren für organische Elektronik.

Die Entwicklung von orga­nischen Energie­technologien wird bereits seit einigen Jahren erforscht, schließlich besitzen Solar­zellen und LEDs aus orga­nischen Materia­lien ein großes Potenzial im Hinblick auf Energie­effizienz und nach­haltige Energie­gewinnung. Grund dafür sind ihre völlig neuen Eigen­schaften im Vergleich zu herkömm­lichen Silizium­zellen: mechanische Flexi­bilität, leichtes Gewicht, niedrige Kosten sowie Semi­transparenz. Für die Zukunft werden dadurch Anwendungen von smarten Fenstern bis zu tragbaren Technologien in Kleidung möglich.

Abb.: Langfristig sollen flexible Solarzellen über Rolle-zu-Rolle-Druck-Anlagen großflächig hergestellt werden können. (Bild: NanoSYD)

Abb.: Langfristig sollen flexible Solarzellen über Rolle-zu-Rolle-Druck-Anlagen großflächig hergestellt werden können. (Bild: NanoSYD)

Mit dem über­regionalen Forschungs­projekt „RollFlex“ wollen deutsche und dänische Wissen­schaftler die Entwicklung von orga­nischer Energie­technologie einen großen Schritt voranbringen. Dazu entsteht im dänischen Sonder­borg mit dem Rollflex-Inno­vations­projekt­center ein Labor, in dem Rolle-zu-Rolle-Druck­anlagen erforscht und weiter­entwickelt werden. Bei diesem Verfahren sollen Materialien groß­flächig auf dünne Substrate wie flexibles Glas oder Plastik­filme gedruckt werden. Am Ende sollen sie auch elek­trische Bauteile enthalten wie flexible Elektronik, orga­nische Leucht­dioden (OLED) und Solar­zellen. Daraus könnten Produkte für Bereiche wie Beleuch­tung, Displays oder Photo­voltaik entwickelt werden. Im Reinraum der Christian-Albrechts-Universität erforschen Kieler Wissen­schaftler Nano- und Mikro­strukturen, um damit die Effizienz der organischen Solar­zellen und OLEDs zu steigern.

„Durch das Rollflex-Projekt können wir exzellente Kompe­tenzen aus der Region zum Rolle-zu-Rolle-Druck und zur Optimierung von orga­nischen Bauteilen bündeln. Mit dem Aufbau eines starken Netzwerks zwischen Süd­dänemark und Nord­deutschland hoffen wir, Energie­technologie langfristig deutlich effizienter zu machen. Unser Kieler Reinraum­labor leistet hier einen wichtigen Beitrag“, so Martina Gerken, Profes­sorin am Institut für Elektro­technik und Informations­technik und Projekt­leiterin an der CAU.

Die Kieler Projekt­partner erforschen im Projekt zentrale Grund­lagen der neuen Solar­technologie: Anhand von kleinen Bauteilen wollen sie zeigen, wie Mikro- und Nano­strukturen die Effizienz von flexiblen Solar­zellen steigern können. Dazu erforschen sie, wie die einzelnen Strukturen die Leucht­stärke von OLEDs beein­flussen. „Denn das Prinzip von OLEDs ähnelt, wenn auch genau gegen­sätzlich, dem, wie Solar­zellen funktionieren“, erklärt Labor­leiterin Sabrina Jans „Die Erkenntnisse, die wir von den Zenti­meter kleinen OLEDs und orga­nischen Solar­zellen erhalten, auf groß­flächig ausroll­bare Bauteile zu übertragen, das ist die große Heraus­forderung für unser Forschungs­projekt.“

Abb.: Nanostrukturelemente auf einer Folie, die im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden soll.  (Bild: A. Niepenberg)

Abb.: Nanostrukturelemente auf einer Folie, die im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden sollen. (Bild: A. Niepenberg)

Durch die geringe Größe der Bauteile lässt sich vergleichs­weise einfach mit einer Vielzahl von Varianten experi­mentieren. So wollen die Forscher die optimale Konfi­guration für die späteren Solar­zellen identi­fizieren. In ihrem Optiklabor bestrahlen sie die OLEDs mit Lasern, um so die Wirkung der aufge­tragenen Mikro- und Nano­strukturen zu untersuchen. Entwickelt werden die kleinen Solar­zellen und OLEDs im Kieler Reinraum­labor.

Die Kieler Wissen­schaftler stehen in ihrer Arbeit in engem Austausch mit der FUMT R&D Functional Materials GmbH, einer Aus­gründung der Kieler Uni zur Entwicklung von funk­tionalen Materia­lien. Dort werden für das Projekt vor allem spezielle Folien mit Nano­partikeln erstellt. Sie sollen die OLEDs und später auch die orga­nischen Solar­zellen vor Feuchtig­keit und Sauerstoff schützen. „Diese Schutz­schicht ist bei organischen Technologien besonders wichtig. Sie verhindert chemische Prozesse, die die Lebens­dauer von Solar­zellen und OLEDs beein­trächtigen“, erklärt Ala Cojocaru, Projekt­leiterin bei FUMT. „Wir haben bereits aus einem anderen Forschungs­vorhaben Erfahrungen mit Folien, die wir in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren mit einer funk­tionalen Beschichtung versehen haben“, sagt Geschäfts­führer Hartmut Schmidt-Niepenberg.

Sowohl die CAU als auch die SDU integrieren das gemeinsame Forschungs­projekt in ihre Lehre. „Wir bieten unseren Studierenden damit eine exzel­lente Ausbildung, denn so arbeiten sie auf praxis­nahe Weise an hoch­aktueller Forschung mit”, sagt Martina Gerken. Auch für zahlreiche Unternehmen in der Region Nord­deutschland und Süd­dänemark, die bereits mit Rolle-zu-Rolle-Techno­logien arbeiten, ist der regionale Forschungs­zusammen­schluss spannend. „Es wird seit vielen Jahren zu orga­nischen Solar­zellen geforscht, aber wir registrieren jetzt ein gestei­gertes Interesse von Seiten der Industrie. Die Unternehmen sehen einen eigent­lichen Durchbruch nahen, in dem die Solar­zellen so stabil und effizient sind, dass sie kommer­ziell eingesetzt werden können. So sind etwa Unter­nehmen aus der Fahrzeug­industrie an der Techno­logie interes­siert“, sagt Morten Madsen, Projekt­leiter SDU.

CAU / JOL

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