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Solliance: Weltweit erste komplett inkjetgedruckte OPVs

Durchbruch bei der preisgünstigen Herstellung von organischen Photovoltaik (OPV)-Produkten gelungen
 

Funktionale inkjetgedruckte OPV-Zellen in der Form von Laubblättern (Verbindungen zum Baum sind eine künstlerische Impression, ©Yulia Galagan/HolstCentre).

Wissenschaftler des grenzüberschreitenden Dünnschicht-Solarzellen-Forschungs- und -Entwicklungsverbundes Solliance haben die weltweit ersten organischen Photovoltaik-Produkte vorgestellt, die ausschließlich mit Inkjetdruck-Prozessen produziert worden sind.

Der Markt für Photovoltaik ist in den letzten Jahrzehnten stark gewachsen. Die Nennleistung der weltweit installierten Anlagen erhöhte sich zwischen 2010 und 2011 von rund 40 auf 67 Gigawatt Peak (GWp) und wird in den kommenden Jahren voraussichtlich noch weiter steigen, wie das Forschungszentrum Jülich berichtet. Letzteres ist seit 2012 Partner von Solliance, einem grenzüberschreitenden Verbund, zu dem auch die renommierten Forschungsinstitutionen ECN, Imec, Holst Centre, TNO sowie die TU Eindhoven gehören. Jülicher Wissenschaftler werden damit künftig eng mit Partnern aus dem Hightech-Dreieck Eindhoven-Leuven-Aachen im Bereich der Dünnschicht-Photovoltaik zusammenarbeiten. 

Mit einem geschätzten Potenzial von 12 bis 15 TWp (Terrawatt Peak) könnte die Photovoltaik zum Ende des 21. Jahrhunderts theoretisch rund die Hälfte des weltweiten Strombedarfs abdecken, wie Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich berichten. Die Dünnschicht-Technologie eröffnet neue Möglichkeiten für flexible, zuverlässige und kostengünstige Solarzellen. Sie eignen sich für unterschiedliche Anwendungen, da sie sich direkt auf Fensterscheiben, Mauerwerk oder beispielsweise Kleidung anbringen lassen (Niedrigtemeperatur-Prozess). Im Jahr 2011 kamen Dünnschicht-Solarzellen bereits auf einen Marktanteil von rund 10 Prozent, 2020 werden es voraussichtlich bis zu 30 Prozent sein, so schätzt das Forschungszentrum.

Die jüngste Solliance-Entwicklung nun soll es Herstellern schneller und leichter ermöglichen, die verschiedenen technischen Optionen für neue Produkte zu erforschen und erfolgreiche Prototypen in den Produktionsprozess zu übertragen. Der Prozess soll laut Solliance eine vollständige Flexibilität im Hinlick auf Solarzellen-Form, -Substrat und -Struktur bieten, was zu einer schnelleren Produktentwicklung und einem zügigen Prototyping-Prozess beitragen kann. OPVs versprechen preisgünstige (low-cost) Solarzellen, die in verschiedenen Farben angelegt sein können und flexibel, leichtgewichtig sowie semitransparent sind und sich leicht in Konstruktionsmaterialien integrieren lassen sollen. 

Bei den aktuellen Dünnschicht-OPVs handelt es sich um sechslagige Produkte mit einem Verbindungspunkt. Alle sechs Schichten wurden im industriellen Rolle/Rolle-Inkjetdruck. Dafür wurden neue Tintenformulierungen entwickelt und die Prozesskontrolle für jede Schicht optimiert, um zu vermeiden, dass Lösungsmittel von einer Schicht auf eine andere bereits getrocknete Schicht gelangen können. Für sechs Lagen sind nur vier verschiedene Tintenformulierungen nötig, außerdem sind die OPVs frei von ITO (Indium-Zinn-Oxyd), was zu einer weiteren Kostenersparnis führt. Um die elektrische Ausgangsleistung der Zellen zu steigern, können zusätzliche Leitungs-Knotenpunkte eingerichtet werden.

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