Biegsame Solarzellen und LED ausdrucken

Biegsame Solarzellen und LED ausdrucken

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Teaserbild-Quelle: Empa

Forschungsteams aus fünf europäischen Ländern entwickeln und erproben im Rahmen des EU-Projekts “Treasores“unter der Leitung des Empa-Wissenschaftlers Frank Nüesch neue Technologien  zur Herstellung biegsamer Solar-Module und LED-Beleuchtungskörper, die wie eine Zeitung im Roll-to-Roll-Verfahren (R2R) gedruckt werden. 

Die Kosten für Solarzellen oder vielmehr für die Nutzung der Sonnenenergie sind in den letzten Jahren laufend gesunken. Zahlreiche Forschungsprogramme im Solarenergiebereich haben das Ziel, Solarzellen zu noch tieferen Kosten zu produzieren, zum Beispiel auf der Basis billiger und reichlich vorhandener Ausgangsmaterialien und deren Anwendungsmöglichkeiten auszuweiten, zu vereinfachen und zu verbilligen. ln diesem Zusammenhang vielversprechend ist die Entwicklung von Solarzellen und Dioden, die auf einer flexiblen Basis basieren.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Treasores“ wurden nun erste Prototypen eines biegsamen Solarzellenmoduls und einer transparenten Silber-Verbundelektrode vorgestellt - leistungsfähiger, günstiger als alles bisherige. So konnten bereits Solarzellen mehrmals über einen Radius von 25 Millimetern gebogen, ohne Schaden zu nehmen.

Solche biegsame organische Solarzellen besitzen ein riesiges Potenzial, erfordern sie doch eine vergleichsweise geringe Menge an (billigen) Ausgangsmaterialien, um im Roll-to-Roll-Verfahren (R2R) in grossen Mengen hergestellt zu werden. Eine wichtige Voraussetzung ist dass die transparenten Elektroden, die Sperrschichten, ja die gesamten Bauteile flexibel sein müssen.

Ermutigende Zwischenbilanz

Kürzlich zog das Projektteam Halbzeitbilanz; wichtige Teilziele sind bereits erreicht. Das internationale Team, das Forscher aus 19 Labors und Unternehmen in fünf europäischen Ländern vereint, hat etwa ultradünne, transparente Silber-Verbundelektroden entwickelt, die nicht nur günstiger sind als die derzeit verwendeten Indium-Zinnoxid-Elektroden (ITO), sondern die auch eine höhere Leistung erzielen. Zudem erreichten die ersten gänzlich im R2R-Verfahren produzierten(„gedruckten“) Solarzellen bei Feldversuchen eine Lebensdauer, die kommerziellen Ansprüchen genügt. Der nächste Schritt sei nun, so Frank Nüesch von der Empa, die Hochskalierung und Verbesserung jener Technologien, die bislang das grösste Potenzial aufweisen, um so Sperrmaterialien und transparente Elektroden in grossen Mengen, das heisst auf Rollen von mehreren Hundert Metern Länge, herzustellen.

Ideen für einen grossflächigen Einsatz

In der zweiten Hälfte des Projekts sollen ausserdem andere vielversprechende Technologien weiterentwickelt werden. Dazu gehören transparente, biegsame Elektroden aus Textilien, Nanodrähten und Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT). «Wir arbeiten an den zentralen Fragestellungen für den grossflächigen Einsatz von organischen optoelektronischen Bauelementen. Unsere neuen kostengünstigen Elektrodensubstrate sind den bisherigen leitfähigen Oxidelektroden bereits in vielerlei Hinsicht überlegen», betont Nüesch. «Aber wir müssen die Leistung der damit im Grossmassstab hergestellten Bauteile noch weiter verbessern“.

Dazu wurden die neuen Materialien ausgiebig mit speziell entwickelten Instrumenten auf ihre mechanischen, elektrischen und optischen Eigenschaften untersucht. Zudem bestimmten Nüesch und seine Kollegen die Leistungscharakteristika der damit produzierten Bauteile wie Lebensdauer und Beleuchtungsqualität im Praxiseinsatz.

Das Ende der Fahnenstange

Das Ende der Fahnenstange bei den Entwicklungen rund um Leistungssteigerungen, Einsatzmöglichkeiten und Kostensenkungen bei der Solarenergie aber auch bei der LED-Technik scheint noch lange nicht erreicht. Eine Solaranlage von gestern - oder heute - kann schon in wenigen Jahren veraltet sein. Forschung und Entwicklung bringen immer effizientere und Ressourcen-schonendere Lösungen zur Serienreife, deren Kosten im Rahmen eines Neubaus oder einer Sanierung problemlos zu stemmen sind. Vielleicht wächst unter diesen Aspekten auch die Einsicht dass bei den Subventionen und Einspeisevergütungen das Ende der Fahnenstange erreicht ist. (mai/mgt)