Institute for Print and Media Technology

of Chemnitz University of Technology [pmTUC]

Disposable ultra cheap printed paper photovoltaics – DUC3PV

Projektverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Arved Carl Hübler

Technische Universität Chemnitz
Institut für Print- und Medientechnik
Professur Printmedientechnik [pmTUC]
Reichenhainer Straße 70
09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0)371 531 23610

Projektlaufzeit

01.03.2013 bis 28.02.2015


Inhalte des Projektes

Solarmodul Bild 1: konfektionierte DUC-Solarzelle

Durch das junge Technologiefeld der Organischen Elektronik entstehen im Bereich der Photonik und Elektronik komplett neue und verbesserte Anwendungen. Mit Hilfe von funktionalisierten, polymeren Kunststoffen oder kleinen organischen Molekülen kann es realisiert werden, klassische Halbleitermaterialien und Metalle, wie Silizium oder Kupfer, zu ersetzen. Dabei können typische Kunststoffeigenschaften, wie Flexibilität und Transparenz, zusätzlich genutzt werden. Dies schafft die Möglichkeit, neuartige Leuchtdioden (sogenannte OLEDs) sowie Solarzellen aus Kunststoff (OPV) herzustellen.

Durch intensive Forschungsanstrengungen in den letzten Jahren konnten in Europa bereits Pilotfertigungsanlangen in Betrieb genommen werden, ein Großteil davon in Deutschland. Gegenüber der asiatischen und amerikanischen Konkurrenz wurde dabei ein Technologievorsprung erarbeitet. Für einen breiten Markteintritt sind aber in vielen Fällen noch grundlegende technologische Fragen zu klären. So müssen beispielsweise Effizienzen gesteigert und kostengünstigere Materialien gefunden werden. Mit der multinationalen ERA-NET+ Maßnahme OLAE+ unterstützt das BMBF zusammen mit Akteuren der anderen Teilnehmerländer und dem Generaldirektorat CNECT der Europäischen Kommission die Forschung im Bereich der Organischen Elektronik, um die gute Ausgangsposition der jeweiligen Unternehmen zu festigen, europaweite Synergien zu nutzen und die internationale Wettbewerbsfähigkeit mittel- und langfristig sicherzustellen.

Kern des Projektes DUC3PV ist die Entwicklung extrem kostengünstiger, wegwerfbarer organischer Photovoltaik (OPV) auf Papiersubstrat mittels Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren. OPV mit einer moderaten Energieeffizienz von 4 bis 8 Prozent und einer vergleichsweise kurzen Lebensdauer von ein bis zwei Jahren knüpfen an die Strategie der Natur – dem erfolgreichsten Solarsystem überhaupt – an. Auch Blätter haben typischerweise nur einen Wirkungsgrad von 3 bis 7 Prozent und eine Lebensdauer, die meist weniger als ein Jahr beträgt. Das Projekt zielt letztendlich darauf ab, diesen Ansatz zu imitieren.

Druckzylinder Bild 2: Druckzylinder mit Druckformen für verschiedene Schichten

Papier bietet sich aufgrund seiner geringen Kosten, Umweltfreundlichkeit, biologischen Abbaubarkeit und Kompatibilität mit etablierten Massendruckverfahren, wie Tief- und Flexodruck, als Substrat besonders an. Bei der Herstellung der Papiersolarzellen wird auf sehr teure Chemikalien wie beispielsweise Silber verzichtet. Alternativ kommen organische photoaktive Materialien zum Einsatz. Diese bilden innerhalb der Solarzelle die photoaktive Schicht, in der die Umwandlung von Licht in Strom stattfindet.

Die Projektpartner haben sich zum Ziel gesetzt, die Effizienz der Papiersolarzellen so zu steigern, dass zum Projektende im Labormaßstab 8 Prozent und auf Modulebene 5 Prozent erreicht werden. Ferner sollen durch den Einsatz neuer Konzepte zum Schichtaufbau der Solarzellenschichten in Verbindung mit einem effizienten Herstellungsverfahren die Effizienz gesteigert und die Produktionskosten gesenkt werden, was Gesamtkosten bei organischen Solarzellen in Höhe von 0,2-0,4 €/W ermöglicht.

Solar module Bild 3: Druckformen zur Solarzellenproduktion

Alle aktuellen Forschungsansätze für organische Photovoltaik konzentrieren sich auf eine Erhöhung des Wirkungsgrades auf über 10 Prozent und der Steigerung der Lebensdauer auf bis zu 20 Jahre, um mit der langlebigen, hochmodernen Silizium-basierten Photovoltaik Schritt halten zu können. Auf dem Markt gibt es bisher jedoch keinerlei Ansätze für Wegwerf-Photovoltaik. Das DUC3PV Projekt zielt darauf ab, ein neues Konzept für die Photovoltaikindustrie zu entwickeln und diese Marktnische mit Hilfe von extrem preiswerter Einweg-OPV zu bedienen.

Das Resultat sollen kostengünstige Wegwerfsolarzellen sein, die unkompliziert entsorgt werden können. Dazu soll ein einfaches und kostengünstiges Verfahren realisiert werden, auf dessen Basis es weltweit möglich ist, gedruckte Solarzellen herzustellen. Gleichzeitig sollen die Solarzellen dahingehend angepasst werden, dass sie von jedem Menschen ohne besondere technische Fähigkeiten eingesetzt werden können. Noch steckt diese Technologie in den Kinderschuhen. Das DUC3PV schafft jedoch die Basis für die beschriebenen Szenarien. Durch das Institut für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz entsteht dabei ein breites Know-how innerhalb Deutschlands.

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