Flexibel und leuchtkräftig

  • 07. March 2016

Durchbruch für preiswerte organische LED-Paneele und flexible Solar­zellen.

Biegsame, leuchtende Module, die wie eine Zeitung im Roll-to-Roll-Verfahren gedruckt werden können, hat ein europäisches Forscherteam im Rahmen eines dreijährigen Projekts entwickelt. Diese Technik legt den Grundstein für kostengünstige LED-Leuchtflächen und Solarzellen der Zukunft. Das Projekt TREASORES – Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices – vereinte das Knowhow von neun Firmen und sechs Forschungsinstituten aus fünf europäischen Ländern. Das Vorhaben startete im November 2012 mit dem Ziel, die Produktionskosten von organischen Bauteilen wie Solarzellen und LED-Paneelen spürbar zu reduzieren. Das Projekt wurde mit neun Millionen Euro von der Europäischen Union und weiteren sechs Millionen Euro durch Eigenmittel der Partner finanziert. Es erbrachte sieben Patente, ein Dutzend wissenschaftliche Publikationen sowie maßgebliche Beiträge zu internationalen Organisationen für Normung.

Flexible OLEDs

Abb.: Eine flexible Lichtquelle aus organischen LEDs, die im Rahmen des TREASORES-Projekts ent­wickelt wurde. Ein Schlüssel­bereich dieser Technik sind flexible Elek­troden und luft­un­durch­lässige Barriere­schichten. Diese leuchtende Folie wurde am Fraun­hofer-Institut für Orga­nische Elek­tronik, Elek­tronen­strahl- und Plasma­technik in einem kosten­günstigen Rolle-zu-Rolle-Prozess her­ge­stellt. (Bild: Fh.-FEP)

Als wichtigstes Ergebnis hat das Projekt Produktionsprozesse für ver­schie­dene Typen transparenter Elektroden und Barrierematerialien für die nächste Generation flexibler Optoelektronik entwickelt und in einem zweiten Schritt für die Industrieproduktion hochskaliert. Drei dieser Elektroden auf flexiblen Substraten – sie basieren entweder auf Kohlenstoffnanoröhrchen, Metall­fasern oder dünnen Silberschichten – werden bereits kommerziell produziert oder sollen noch dieses Jahr auf den Markt kommen. Die nächste Generation von Lichtquellen und Solarzellen soll mittels Rolle-zu-Rolle-Fabrikation hergestellt werden, wofür sich die neuen Elektroden besonders gut eignen.

Solche Prozesstechnologien werden in Zukunft die Preise für Lichtquellen und Solarzellen deutlich sinken lassen, benötigen jedoch flexible und transparente Elektroden und wasserdichte Barrieren, welche ebenfalls im Rahmen des Projekts entwickelt wurden. Die Projektelektroden sind bereits jetzt ebenso leistungsfähig und transparent wie Elektroden der aktuellen, auf indiumdotiertem Zinnoxid basierenden Technologie, teilweise sind sie diesen Elektroden sogar überlegen. Sie können jedoch kostengünstiger produziert werden und beruhen nicht auf dem Import des knapp werdendem Elements Indium.


Ein weiterer Erfolg des Projektes war die Herstellung, das Testen und die Hochskalierung der Produktion von neuen, transparenten Barrierefolien – also Kunsstofffolien, die verhindern, dass Sauerstoff und Wasserdampf in die organischen Bauteile eindringen und diese zerstören. Es gelang, effiziente und kostengünstige Barrieren zu produzieren, die voraussichtlich von der Schweizer Firma Amcor Flexibles Kreuzlingen weiterentwickelt und vermarktet werden können. Solche nicht permeable Barrieren sind essenziell, um die für einen kommerziellen Erfolg benötigte lange Lebensdauer organischer Solarzellen und Lichtquellen zu erreichen. Wie mit einer im Projekt durch­ge­führten Lebenszyklenanalyse bestätigt wurde, sind Solarzellen nur dann kommerziell und ökologisch sinnvoll, wenn sowohl die Effizienz wie auch die Lebensdauer ausreichend hoch sind. Indem man die Produktion von Barrieren und Elektroden kombiniert, anstatt dafür zwei separate Kunst­stoff­sub­strate zu verwenden, können die Produktionskosten weiter reduziert und die Bauteile dünner und flexibler gestaltet werden. Optoelektronische Bauteile besitzen aktive Schichten von lediglich ein paar hundert Nanometern. Bereits kleine Oberflächendefekte oder unsichtbare Staubpartikel können die Effizienz verringern oder zu inhomogener Leuchtfläche und kurzer Lebensdauer führen.

EMPA / RK

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  • 30. November 2017

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