Sonnige Aussichten für organische und gedruckte Photovoltaik

Als Stromquelle für mobile Computer eignen sich organische Solarzellen schon heute. Damit sie in Zukunft auch auf Dächern und an Häuserfassaden zum Einsatz kommen können, suchen die Hersteller nach Wegen, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der photovoltaischen Kleinkraftwerke zu erhöhen. Aktuelle Trends und neueste Entwicklungen werden vom 23. bis 25. Juni 2009 auf der LOPE-C in Frankfurt am Main zu sehen sein, berichten die Veranstalter der Konferenz „Large-area, Organic & Printed Electronics Convention“ mit begleitender Ausstellung in einer Pressemitteilung.
An Energie mangelt es der Erde nicht. Schließlich schickt die Sonne in 30 Minuten mehr Energie auf den Planeten als alle Menschen gemeinsam in einem Jahr verbrauchen. Auch der Platz, um diese Strahlen einzufangen, ist im Überfluss vorhanden, da sich selbst in dicht besiedelten Städten Hausdächer und Gebäudefassaden als nutzbare Flächen anbieten. Dennoch lasse sich die Sonnenenergie bislang an dieser Stelle noch nicht optimal nutzen, weil herkömmliche Solarzellen aus Silizium nur mit hohem Aufwand zu integrieren und in der Herstellung noch zu kostspielig seien, heißt es in der Pressemitteilung.

Organische Photovoltaik für weniger als 50 Eurocent pro Watt peak
Organische Solarzellen (OPV) könnten dieses Dilemma lösen. Sie bestehen aus einer leichten und biegsamen Trägerfolie, die mit Kunststoffen, so genannten Polymeren, bedruckt werden. Da sich Polymere in Flüssigkeiten lösen und in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung isolierende, halbleitende oder leitende Eigenschaften bieten, eignen sie sich dazu, elektronische Bauelemente wie Transistoren, organische Leuchtdioden (OLED) oder Photozellen in kontinuierlichen Druckprozessen äußerst preiswert herzustellen. „Die organische Photovoltaik hat das Potenzial, in wenigen Jahren für Kosten von weniger als 50 Eurocent pro Watt peak produziert zu werden“, sagt Christoph Brabec, Technikchef des US-Unternehmens Konarka Technologies Inc. Mit Watt peak (Wp) wird die Spitzenleistung von Photovoltaikzellen bei der maximal möglichen solaren Einstrahlung bezeichnet. „Damit wäre die organische Photovoltaik wesentlich günstiger als vergleichbare Technologien“, betont Brabec.

Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt
Der Herstellungsprozess für gedruckte Solarzellen gleicht dem klassischen Massendruck im „Rolle-zu-Rolle“-Verfahren. Hier wird beispielsweise ein Endlos-Papier von einer Rolle abgewickelt, beim Lauf durch mehrere, mit Tinte benetzte Walzen bedruckt und schließlich auf eine zweite Rolle aufgewickelt. „Für gedruckte Solarzellen stehen analoge Verfahren kurz vor der Serienreife“, sagt Brabec. „Dabei arbeiten wir typischerweise mit Folienbreiten von bis zu 66 Zentimetern. Die Länge der Produktionsdurchläufe kann bis zu einigen hundert Metern betragen.“ Im Oktober 2008 hat Konarka die nach eigenen Angaben weltweit größte Fabrik für druckbare Solarzellen in New Bedford (Massachusetts) eröffnet. Pro Jahr sollen hier in Zukunft Zellen mit einer Gesamtkapazität von einem Gigawatt peak von der Rolle laufen. Eine Leistung, die dem 1,5 fachen der Leistung eines typischen Steinkohlekraftwerkes entspreche. Ihre Praxistauglichkeit hätten die biegsamen Leichtgewichte inzwischen beim US-Militär und den Gehäusen von mobilen Kommunikationsgeräten unter Beweis gestellt. Im zivilen Alltag sollen sie daher schon bald auch die Akkus von Mobiltelefonen, Notebooks oder MP3-Playern kontinuierlich mit Strom versorgen und die Betriebszeiten der Geräte damit auch fernab jeder Steckdose verlängern. In Zukunft sollen gedruckte Solarzellen aber auch auf Hausdächern und Gebäudefassaden zum Einsatz kommen, wo der Strom in großen Mengen erzeugt und anschließend in öffentliche Netze gespeist werden kann.
Die Organic Electronics Association (OE-A), die als Arbeitsgemeinschaft des Verbandes deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) und mit mehr als 100 Mitgliedsunternehmen die gesamte Wertschöpfungskette der organischen und gedruckten Elektronik repräsentiert, hat bereits eine Anwendungs- und Technologie-Roadmap erstellt. Diese sieht vor, dass photovoltaische Solarzellen für Hausfassaden, aber ohne Netzeinspeisung ab 2010 erhältlich sein werden. Entsprechende Modelle mit Netzeinspeisung wiederum sollen ab 2015 erhältlich sein. Die Hersteller müssen bis dahin vor allem zwei Herausforderungen meistern: die Lebensdauer der Module sowie die Effizienz der Stromerzeugung deutlich erhöhen. Beide Kenngrößen hängen vor allem von der Prozesstechnik sowie von der Qualität und vom Zusammenspiel der Systemkomponenten Folie und Tinte ab.

Wirkungsgrade von sieben Prozent in Sicht
Zurzeit liegt der Wirkungsgrad der organischen und gedruckten Solarmodule im Massendruck bei rund drei Prozent. Das bedeutet: Um eine Schreibtischlampe mit 60 Watt zum Leuchten zu bringen, muss das Sonnenlicht auf eine verhältnismäßig große Modulfläche von rund zwei Quadratmetern fallen. Diese Fläche entspricht einem durchschnittlichen Zimmerfenster. Forschungseinrichtungen und Hersteller arbeiten daher daran, den Wirkungsgrad organischer Solarzellen mittelfristig mehr als zu verdoppeln. So haben die Kooperationspartner IMEC (Belgien) und Plextronics Inc. (USA) angekündigt, bis zum Jahr 2012 Module mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von sieben Prozent bei einer Lebensdauer von fünf Jahren zu entwickeln.
„Die größte Herausforderung bei der Entwicklung solcher Hochleistungsmodule besteht darin, die absorbierenden und die elektrisch leitenden Materialien zu optimieren“, erklärt Jim Dietz, Vizepräsident der Geschäftsentwicklung bei Plextronics. „Bei Tandem-Modulen, bei denen zwei Zellen aus unterschiedlichen Materialien übereinander geschichtet werden, bekommen wir es sogar mit einem neuen Grad an Komplexität zu tun.“

LOPE-C zeigt Trends und Technologien
Weitere Trends zur organischen und gedruckten Elektronik werden zu
sehen sein auf der LOPE-C, (Large-area, Organic & Printed Electronics Convention), die als Konferenz mit begleitender Ausstellung vom 23. bis 25. Juni 2009 im Congress Center der Messe Frankfurt am Main stattfindet. Auf Einladung der OE-A treffen sich bei dieser Weltpremiere Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft, um sich über die Chancen, Produkte und Entwicklungen in der organischen und gedruckten Elektronik auszutauschen.
Weitere Informationen zur organischen und gedruckten
Elektronik bzw. zur „LOPE-C“ unter http://www.lope-c.com

16.02.2009 | Quelle: Messe Frankfurt Ausstellungen GmbH | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH