Das Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP forscht im Rahmen der zwei EU-geförderten Projekte Pearl und Booster an neuen Materialien und Beschichtungstechnologien für Solarzellen. Diese sollen dazu beitragen, Solarzellen für die Gebäudeintegration zu entwickeln Dabei stehen Perowskit-Zellen und organische Solarzellen im Fokus. Perowskit-Solarzellen bieten ein großes Potenzial für gebäudeintegrierte Photovoltaik, da sie flexibel, leicht und kostengünstig herzustellen sind. Ebenso bieten flexible organische Solarzellen Möglichkeiten für die bauwerksintegrierte Photovoltaik (BIPV).

Pearl – Flexible Perowskit-Solarzellen für nachhaltige Energie

Im Rahmen des EU-geförderten Projekts Pearl entwickelt das Fraunhofer FEP gemeinsam mit internationalen Partnern unter Koordination des finnischen VTT Technical Research Centre flexible Perowskit-Solarzellen der nächsten Generation. Die Forschenden in Dresden wollen dazu in den nächsten Jahren eine kombinierte Permeationsbarriere mit einer transparenten Elektrodenschicht entwickeln, die sowohl die Haltbarkeit als auch die Effizienz der Solarzellen signifikant verbessert. Diese Technologie ermöglicht es, Produktionsmaterialien und -schritte zu reduzieren, was die Herstellung flexibler Solarzellen kosteneffizienter und nachhaltiger gestaltet.

„Permeationsbarriereschichten und auch transparente Elektrodenschichten existieren bereits. Im Projekt wollen wir nun beide Produkte zusammenführen, um zum einen Folienmaterial und zum anderen einen Prozessschritt einzusparen“, sagt Christian May vom Fraunhofer FEP. „Das soll sich langfristig auf die Kosteneffizienz bei der Herstellung der Produkte auswirken und die Solarenergie so günstiger machen.“ Die Herausforderung besteht darin, die Eigenschaften der Permeationsbarriere und der transparenten Elektrodenschicht so zu kombinieren, dass sie sich gegenseitig nicht beeinträchtigen. Das Aufbringen und Strukturieren der Elektrode darf die Barrierewirkung nicht beeinflussen, ebenso darf umgekehrt die Funktion der Elektrode nicht eingeschränkt werden. Erste Ergebnisse haben die Foscher:inenn auf der In-line Vakuumbeschichtungsanlage Coflex zur Beschichtung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren erzielt.

Booster – Organische Photovoltaik für Gebäude-Oberflächen

Im EU-geförderten Projekt Booster liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung von organischen Photovoltaik-Modulen (OPV), die insbesondere für Gebäudeanwendungen wie gebäudeintegrierte Photovoltaik geeignet sind. Die Herstellung von OPV-Modulen zeichnet sich laut Fraunhofer FEP durch eine niedrige Energierücklaufzeit aus und nutzt Ressourcen, die reichlich vorhanden, leicht zugänglich und ungiftig sind. Darüber hinaus haben organische Photovoltaikmodule ein geringes Gewicht und sind sehr flexibel einsetzbar, was sie für den vertikalen Einsatz an Gebäuden und insbesondere auch auf gewölbten Oberflächen prädestiniert.

In jüngster Zeit haben Forschungsteams laut Fraunhofer FEP große Fortschritte in deren Leistung durch die Entwicklung neuer Materialien erzielt, die sie in Druckprozessen verarbeiten. Das Projekt Booster zielt darauf ab, diese OPV-Technologie so weiterzuentwickeln, dass die Forscher:innen erste Demonstratoren herstellen können und diese unter realen Bedingungen testen können. Die Effizienz und die Lebensdauer will man erhöhen und die Kosten gleichzeitig senken. Konkret wollen die Forscher:innen am Ende des Projektes drei verschiedene Demonstratoren an Standorten in Deutschland und Italien aufgebaut haben, um deren Effizienz im letzten Jahr des Projektes unter realen Bedingungen untersuchen zu könenn.

Fraunhofer FEP entwickelt Frontseitenverkapselungsfolie für organische Solarzellen

Das Fraunhofer FEP entwickelt im Rahmen des Projekts eine hochtransparente und langlebige Frontseitenverkapselungsfolie, die die OPV-Module vor UV-Strahlung und Feuchtigkeit schützt. Diese Schutzschicht ist entscheidend für die Lebensdauer der Module, da die Effizienz der Solarzellen maßgeblich von der Transparenz des Frontsheets abhängt. Das neue Foliensubstrat soll nicht nur besseren Schutz vor Umweltbelastungen durch die Barriereschicht bieten, sondern auch die Transparenz steigern. Denn das erhöht den Wirkungsgrad der Module. Bisher habne die Forscher:innen Lebensdauern von über 4000 Stunden unter beschleunigten Alterungsbedingungen bei erhöhter Temperatur und erhöhter Luftfeuchtigkeit erreicht. Außerdem haben sie die Transparenzeigenschaften der Folien von 85 auf 90 % gesteigert.

Darüber hinaus fokussieren sich die Projektpartner in Booster darauf, ein Produktionskonzept für die OPV-Module zu erarbeiten, das eine effiziente Beschichtung zu geringen Kosten bietet. Dazu wird eine Rolle-zu-Rolle-Fertigungslinie optimiert und an der Skalierung aller Materialien und Prozesse für eine solche Fertigung gearbeitet. Damit soll nach Projektende ein OPV-Modul inklusive der Prozesstechnologien zur Verfügung stehen, das künftige Hersteller von flexiblen Solarzellen oder anderen opto-elektronischen Bauelemente nutzen können.

Quelle: Fraunhofer FEP | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH