Organische Photovoltaik: In Glas gebettete organische PV-Module könnten eine Alternative zu siliziumbasierten Solarzellen sein

Forscher arbeiten nun an einer viel versprechenden Lösung: Sie nutzen flexibles Glas als Trägersubstrat, um die empfindlichen Bauteile besser zu schützen.

OPV-Module können mit Drucktechniken hergestellt werden
In elektronischen Geräten kommen heute teilweise schon organische Solarmodule (OPV) zum Einsatz, die in eine Folie eingebettet sind. Sie sind eine vielversprechende Alternative zu siliziumbasierten Solarzellen, da sich die Materialien auch unter Atmosphärendruck verarbeiten lassen. Außerdem können die Module mittels Drucktechniken hergestellt werden. Das ist schneller und effizienter als die Prozesse, die zur Fertigung von anorganischen Bauteilen nötig sind.

Bislang werden Polymerfolien als flexibles Trägermaterial eingesetzt
Voraussetzung für eine Fertigung im Druckverfahren ist ein flexibles substratartiges Trägermaterial. Bislang kommen Polymerfolien zum Einsatz, die laut Fraunhofer jedoch einen entscheidenden Nachteil haben: Sie sind bis zu einem gewissen Grad durchlässig für Wasserdampf und Sauerstoff. Beide greifen die empfindlichen Solarmodule an und vermindern deren Lebensdauer. In Abhängigkeit von den Anwendungen haben bisher Substrate mit Barriereschichten die OPV-Module geschützt. Für höhere Prozesstemperaturen und eine längere Lebensdauer seien jedoch andere Trägersubstrate erforderlich.

Glas als ideales Verkapselungsmaterial
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP (Potsdam) arbeiten derzeit mit einem neuen Trägermaterial: Sie betten die Photovoltaik-Module 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. Bei den Forschungsarbeiten kommt ein Spezialglas der Corning Inc. zum Einsatz. Dank seiner speziellen physikalischen Eigenschaften ließen sich damit 100 Mikrometer dünne Lagen herstellen. Das entspricht ungefähr der Dicke eines Blatts Papier.
Das Spezialglas ist nicht nur extrem stark und bruchfest, sondern sogar in festem Zustand noch so flexibel, dass es leicht gewölbt werden kann. Mit diesem Material haben die Potsdamer Forscher mit dem Kooperationspartner Corning in Sheet-to-Sheet-Prozessen schon erste funktionsfähige OPVs hergestellt. Die Verarbeitung erfolgte in Stapeln.

Fertigung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren angestrebt
Ziel ist es, diese Module auch im Rolle-zu-Rolle-Verfahren zu fertigen: Ähnlich wie beim Zeitungsdruck wird dabei das Trägersubstrat auf einer Rolle aufgewickelt. Gegenüber befindet sich eine leere Rolle. Dazwischen werden in mehreren Prozessen die photoaktiven Schichten und Elektroden aufgedruckt. Mit dieser Fertigungstechnologie ließen sich große Flächen effektiv in Serie herstellen, betont Fraunhofer.
Einen ersten Test hat das IAP-Team bereits unternommen. Damit das Verfahren industriellen Ansprüchen genügt, müsse die Prozesstechnologie noch an vielen Stellen angepasst werden, so die Forscher. Mit der Technologie ließen sich langfristig robuste und leistungsstarke OPVs für unterschiedlichste Anwendungen realisieren – von winzigen Solarzellen im Mobiltelefon bis hin zu großflächigen Photovoltaikmodulen.

05.06.2014 | Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH