Organische Solarzellen in Glas von der Rolle halten länger
Der entscheidende Nachteil organischer Solarzellen ist ihre kürzere Lebensdauer gegenüber konventionellen Siliziumzellen. Forscher aus Potsdam haben nun ein Verfahren entwickelt, das diesen Nachteil beseitigt: Sie betten die empfindlichen Solarmodule in ein sehr spezielles Glas ein.
Gedruckte organische Solarzellen auf ultradünnem Glas: Ihre Lebensdauer ist aufgrund der Glasunterlage deutlich länger als bei herkömmlichen organischen Zellen.
Foto: Fraunhofer IAP
Organische Solarzellen werden aus Werkstoffen der organischen Chemie hergestellt, also zum Beispiel Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Diese organischen Photovoltaikzellen, gerne mit OPV abgekürzt, bieten gegenüber konventionellen Silizium-Solarzellen eine ganze Reihe von Vorzügen. So lassen sich die verwendeten Materialien auch unter Atmosphärendruck verarbeiten. Der entscheidende Vorteil ist aber: Die Module können mit Hilfe konventioneller Drucktechniken hergestellt werden. Das ist wesentlich schneller und effizienter als die aufwendigen Prozesse, die zur Fertigung von anorganischen Solarmodulen nötig sind.
Wasserdampf und Sauerstoff greifen die Module an
Voraussetzung für eine Herstellung organischer Solarzellen in einem Druckverfahren ist ein flexibles substratartiges Trägermaterial. Gedruckt wird heute auf Polymerfolien. In elektronischen Geräten kommen solche auf Folien gedruckte OPVs heute schon zum Teil zum Einsatz.
Diese Folien haben jedoch einen ganz entscheidenden Nachteil: Sie sind bis zu einem gewissen Grad durchlässig für Wasserdampf und Sauerstoff.Beides greift die empfindlichen Solarmodule an und vermindert so deren Lebensdauer ganz erheblich. Es gilt also, ein anderes flexibles Trägermaterial zu finden, wenn die organischen Solarzellen wirtschaftlich werden sollen.
Solarmodule in hauchdünnes Glas gebettet
Auf der Suche nach einem besseren Trägermaterial sind Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung (IAP) in Potsdam jetzt auf ein äußerst ungewöhnliches Material gestoßen. Sie betten die Solarmodule in hauchdünnes Glas ein. „Glas ist nicht nur ein ideales Verkapselungsmaterial, sondern hält auch Bearbeitungstemperaturen bis zu 400 Grad aus“, erklärt Danny Krautz, Projektleiter in der Abteilung Funktionsmaterialien und Bauelemente am IAP.
Die Forscher verwenden ein Spezialglas der US-amerikanischen Firma Corning Inc. mit Sitz in Corning im Bundessstaat New York, nach eigenen Angaben der Weltmarktführer für Spezialgläser und Keramiken.
Dieses Spezialglas von Corning kann dank seiner speziellen physikalischen Eigenschaften in Lagen von nur 100 Mikrometer hergestellt werden. Das entspricht in etwa der Dicke eines Papierblattes und hat kaum etwas mit unserer Vorstellung von Glas als Material gemeinsam, aus dem wir unser Wasser genießen. Denn dieses Spezialglas ist nicht nur extrem stark und bruchfest, sondern sogar im festen Zustand noch so flexibel, dass es leicht gewölbt werden kann.
Ziel ist Glas von der Rolle
Erste funktionsfähige OPV’s konnten die Potsdamer Forscher in Kooperation mit Corning schon realisieren. Die Verarbeitung funktioniert derzeit noch in Stapeln im sogenannten Seite-zu-Seite-Verfahren. Dabei soll es aber nicht bleiben. Das Ziel ist es, diese Module im Rolle-zu Rolle-Verfahren zu fertigen. Ganz ähnlich wie beim Druck einer Zeitung wird dabei das Trägersubstrat auf eine Rolle aufgewickelt.
Gegenüber dieser Rolle mit dem aufgewickelten Glas befindet sich eine leere Rolle. Zwischen beiden Rollen werden dann in mehreren Prozessen die photoaktiven Schichten und Elektroden für den Stromfluss aufgedruckt. Es liegt auf der Hand, dass sich so sehr große Flächen der OPV’s effektiv in Serie herstellen lassen.
Ertüchtigung für die Anforderungen der Industrie
Einen ersten Test, das flexible Glas auf diese Weise zu bearbeiten, hat das IAP-Team bereits unternommen. „Uns ist es gleich im ersten Anlauf gelungen, mit kleineren Substratgrößen homogene Schichten herzustellen“, berichtet Danny Krautz. Jetzt geht es an die Stellschrauben, um das Verfahren für industrielle Anforderungen zu ertüchtigen. Ist diese Technologie ausgereift, so lassen sich damit robuste und leistungsstarke OPV’s für unterschiedlichste Anwendungen realisieren – von winzigen Solarzellen im Mobiltelefon bis hin zu großflächigen Photovoltaikmodulen.
SoliTek ist ein Glas-Glas-Modul mit 25 Prozent mehr Ertrag
Ebenfalls auf Glas setzt eine andere Innovation der in Litauen ansässigen Unternehmen BOD Group, ViaSolis und Baltic Solar Energy. Die neue Marke „SoliTek“ verwendet eine spezielle Polyisobutylen-Randversiegelung bei der Produktion der innovativen nur 5 Millimeter dicken Glas-Glas-Photovoltaik-Module. Diese Technologie ermöglicht eine Langlebigkeit der Module von mehr als 30 Jahren. In Kombination mit den kristallinen Solarzellen von SoliTek ist es möglich, den Solarstromertrag um bis zu 25 Prozent gegenüber herkömmlichen Photovoltaikmodulen zu steigern.
Nominiert für den Intersolar Award 2014
Die neuen SoliTek-PV-Module sind nominiert für den Intersolar Award 2014. Einsetzbar sind die Module auf Dächern von Wohnhäusern, für Freiflächenanlagen oder als kundenspezifische gebäudeintegrierte Anwendung. Vorgestellt werden die neuen PV-Module aktuell auf der Intersolar Europe in München, die am 6. Juni 2014 zu Ende geht. Die Intersolar Europe ist mit mehr als 1.100 Ausstellern die weltweit größte Fachausstellung für die Solarwirtschaft.
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