Empa: Auf dem Weg zur gedruckten Solarzelle

Biegsame Module, die wie eine Zeitung im Roll-to-Roll-Verfahren gedruckt werden, könnten bald kostengünstige Solarzellen und LED-Beleuchtungskörper möglich machen. Forscher des EU-Projekts «TREASORES» haben nun den Prototypen eines biegsamen Solarzellenmoduls und eine transparente Silber-Verbundelektrode vorgestellt – leistungsfähiger und günstiger als bisherige.

Eine flexible organische Solarzelle aus dem TREASORES-Projekt wird mehrmals auf einen Radius von 25 Millimeter gebogen, während ihre Leistung überwacht wird. Die nachgewiesene Lebensdauer für diese Zellen beträgt rund 4000 Stunden. (Bild: «National Physical Laboratory», NPL)

Um Solarenergie auf breiter Front erschwinglich zu machen, suchen Wissenschaftler und Ingenieure überall auf der Welt nach kostengünstigen Produktionstechniken. Biegsame organische Solarzellen besitzen dabei ein riesiges Potenzial, erfordern sie doch eine vergleichsweise geringe Menge an (billigen) Ausgangs-materialien, um im Roll-to-Roll-Verfahren (R2R) in grossen Mengen hergestellt zu werden. Allerdings müssen dazu die transparenten Elektroden, die Sperrschichten, ja die gesamten Bauteile flexibel sein. Im Rahmen des von der EU mit einem Gesamtbudget von über 14 Millionen Euro finanzierten Projekts «TREASORES« (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) entwickelt und erprobt ein internationales Team unter der Leitung von Empa-Wissenschaftler Frank Nüesch seit November 2012 neue Technologien, um eine R2R-Herstellung von organischen optoelektronischen Bauteilen wie Solarzellen und LED-Beleuchtungskörpern Wirklichkeit werden zu lassen.

Transparente Elektroden mit deutlich verbesserter Leistung: 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. 

Damit konnten die Wissenschaftler in einer Perovskit-basierten Solarzelle eine Rekordeffizienz von sieben Prozent nachweisen. Zudem erreichten die ersten gänzlich im R2R-Verfahren produzierten Solarzellen bei Feldversuchen eine Lebensdauer, die kommerziellen Ansprüchen genügt. Der nächste Schritt sei nun, so Nüesch, die Hochskalierung und Verbesserung jener Technologien, die bislang das grösste Potenzial aufweisen, um so Sperrmaterialien und transparente Elektroden in grossen Mengen, sprich auf Rollen von mehreren Hundert Metern Länge, herzustellen.

Quelle: Empa

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