Pilotanlage für gedruckte Perowskit-Solarzellen

Fraunhofer IAP stellte gedruckte Elektronik auf LOPEC 2016 vor – von der Idee zur Serienproduktion

Fraunhofer IAP logo Eine Pilotanlage für die kundenspezifische Entwicklung gedruckter Elektronik im industrienahen Maßstab stellte das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm auf der LOPEC logoMünchner Fachmesse für gedruckte Elektronik LOPEC 2016 vom 6. bis 7. April 2016 vor. Nach Angaben der Potsdamer Wissenschaftler können mit der Anlage nicht nur organische, sondern auch Perowskit-Solarzellen hergestellt werden. Alle organischen und anorganischen Schichten werden auf derselben Anlage kosten- und zeitsparend gedruckt.

Labor - © Foto Fraunhofer IAP, Foto Till Budde

Organische Solarzellen oder Leuchtdioden (OLEDs) werden am IAP laut einer Pressemitteilung auf Glas oder Folie mittels Tintenstrahldruck erzeugt. Auch kostengünstige Perovskit-Solarzellen mit einer derzeitigen Fläche von wenigen Quadratmillimetern würden in den industrienahen Maßstab übertragen. Deutschlandweit einmalig sei, dass alle organischen und anorganischen Schichten auf ein und derselben Anlage gedruckt werden können – das spare Zeit und Geld.

“Leuchtende Folien, hauchdünne Displays, flexible Solarzellen – jenseits der klassischen Elektronik ermöglichen leitfähige, druckbare Tinten viele neue Anwendungen. Die erste Stufe der Produktentwicklung findet üblicherweise im Labor statt, das oft einer Manufaktur gleicht. Doch um Produkte erfolgreich in den Markt zu bekommen, müssen sowohl die verwendeten Materialien als auch die Fertigungsprozesse industrietauglich sein.”

Überführung in den industrienahen Maßstab

“Mit der Pilotanlage bieten wir Firmen die Möglichkeit, neue Ideen in kommerzielle Produkte zu überführen”, erklärt Dr. Armin Wedel, Leiter des Forschungsbereichs Funktionale Polymersysteme am Fraunhofer IAP. Auf der Fertigungsanlage können nicht nur organische Leuchtdioden (OLED) sondern auch Solarzellen oder Sensoren entwickelt und in den industrienahen Maßstab gebracht werden. Das spezielle Knowhow besteht einerseits darin, druckbare Materialien zu entwickeln, die in extrem gleichmäßigen und dünnen Schichten gedruckt werden können. Andererseits liegt die Herausforderung darin, Bauteile ohne einen Verlust der Performance – z. B. Lebensdauer oder Effizienz – in einen großen Maßstab zu übertragen. Gelingt dies, lassen sich größere Musterserien realisieren.

Upscaling von kostengünstigen Solarzellen aus Perovskit

Perowskit-Solarzelle im HZB-Institut für Si-PV - Foto © Gerhard Hofmann, Agentur ZukunftNicht nur organische Materialien können auf der Potsdamer Pilotanlage gedruckt werden: “Unsere langjährigen Erfahrungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik übertragen wir derzeit auf Perovskit-Solarzellen, den Hoffnungsträger der Solarbranche”, so Wedel. Erst vor wenigen Jahren wurden Perovskit-Materialien für den Aufbau von Solarzellen entdeckt. Diese sind erheblich günstiger als die bisher verwendeten Siliziumsolarzellen. Es scheint, als sei mit Perovskit bereits jetzt ein Durchbruch bei der Erzeugung von preiswertem, grünen Strom aus Sonnenlicht gelungen. Bisher sind diese Solarzellen jedoch nur wenige Quadratmillimeter  groß. Am Fraunhofer IAP werden sie im Rahmen des kürzlich gestarteten EU-Projektes CHEOPS auf eine Fläche von 15 cm x 15 cm aufskaliert. Das ist nicht trivial, denn der Strom, der in jedem Punkt der Solarzelle entsteht, muss über die Elektroden bis an den Rand des Moduls geführt werden. Bei so einer großen Fläche kann es dabei zu hohen Stromverlusten kommen. Um Ineffizienzen entgegenzuwirken, drucken die Forscher vor der stromerzeugenden Schicht speziell entwickelte Gitterstrukturen auf. Neben der geringen Fläche haben Perovskit-Solarzellen ein weiteres Defizit: sie sind nur sehr kurzlebig. »Die Erhöhung der Lebensdauer möchten wir durch Verkapselungsverfahren erreichen. Auch hier profitieren wir von unserem umfangreichen Wissen aus der OLED-Technologie«, erklärt Wedel.

Fraunhofer IAP Golm - Foto © IAP[note Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm ist spezialisiert auf Erforschung und Entwicklung von Polymeranwendungen. Es unterstützt Unternehmen und Partner bei der maßgeschneiderten Entwicklung und Optimierung von innovativen und nachhaltigen Materialien, Prozesshilfsmitteln und Verfahren. Neben der umweltschonenden, wirtschaftlichen Herstellung und Verarbeitung von Polymeren im Labor- und Pilotanlagenmaßstab bietet das Institut auch die Charakterisierung von Polymeren an. Synthetische Polymere auf Erdölbasis stehen ebenso im Fokus der Arbeiten wie Biopolymere, Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen und chemisch, physikalisch oder biologisch funktionalisierte Polymere. Die Anwendungsfelder sind vielfältig: Sie reichen von Biotechnologie, Medizin, Pharmazie und Kosmetik über Elektronik und Optik bis hin zu Anwendungen in der Verpackungs-, Umwelt- und Abwassertechnik oder der Luftfahrt-, Automobil-, Papier-, Bau- und Lackindustrie.]

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