Organische Photovoltaik: Mit der Rolle-zu-Rolle Beschichtungsanlage am Fraunhofer ISE lassen sich Produktionsgeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Minute erreichen.
Fraunhofer ISE / Thomas Klink
Starre Solarzellen brechen beim Biegen und Solarmodule aus flexibler organischer Photovoltaik sind teuer. Vor allem wegen des Indium-Zinn-Oxids. Forscher konnten nun das Material substituieren. Zudem gelang die Fertigung großflächiger flexibler Module am laufenden Band.
Indium-Zinn-Oxid (ITO) ist für Halbleiterentwickler Gold wert. Der halbleitende, im sichtbaren Licht weitgehend transparente Stoff, eignet sich bestens für das Herstellen transparenter Elektroden wie sie in Flüssigkristallbildschirmen, organischen Leuchtdioden und Touchscreens benötigt werden. Auch die organischen Photovoltaik benötigt das Mischoxid. Doch der hohe Preis von Indium verdirbt derzeit die Laune der Entwickler. Dieser hat sich in den letzten Jahren vervielfacht, ITO ist heute relativ teuer. Die Folge: Die nur begrenzt verfügbaren Mengen an Indium beschränken mittelfristig auch die Massenanwendung in Dünnschichtsolarzellen, wie Valentin Crastan in Kapitel "Photovoltaik" seines Fachbuchs "Elektrische Energieversorgung 2" erklärt.
Vor diesem Hintergrund haben Forscher des Fraunhofer ISE ein voll flexibles Solarmodul mit einer Fläche von rund 90 cm² vorgestellt, das ohne das sonst in der organischen Photovoltaik verwendete Indium-Zinn-Oxid auskommt. Darüber hinaus haben sie ein Fertigungsverfahren entwickelt, um ein Solarmodul aus flexibler organischer Photovoltaik sozusagen am laufenden Meter zu fertigen. Unter Einsatz einer Rolle-zu-Rolle Produktionsanlage arbeiten die Freiburger Forscher an einem Fertigungsverfahren, das zum Ziel hat organische Photovoltaik in Form großflächiger Folien kosteneffizient herzustellen.
Geringer Leistungsverlust und langzeitstabil
Alle Schichten, mit Ausnahme der Metallelektroden, wurden auf dieser Anlage am Fraunhofer ISE gefertigt. Das Aufbringen der Silberfinger für die Kontaktierung der Vorderseite erfolgte durch Siebdruck, in Kooperation mit und im Technikum des Industriepartners Thieme. Das Modul ist mit einer Barriere-Folie versiegelt und damit voll flexibel. Ersten Test zufolge haben die im Modul eingesetzten Zellen die so genannte Feuchte-Wärme-Prüfung für Dünnschicht-Photovoltaik erfolgreich bestanden.
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Bei der Feuchte-Wärme-Prüfung werden Solarzellen oder -module 1000 Stunden lang bei 85°C und 85% relativer Luftfeuchtigkeit geprüft. Bei dieser beschleunigten Alterung haben die flexiblen organischen Solarzellen aus dem Labor der Fraunhofer-Forscher weniger als fünf Prozent Leistungsverlust gezeigt. „Wir haben unsere organischen Solarzellen mehreren Tests unter kontinuierlicher Beleuchtung unterzogen, mit erfreulichen Ergebnissen, die eine Langzeitstabilität von acht und mehr Jahren erwarten lassen“, so Dr. Uli Würfel, Leiter der Abteilung Farbstoff- und Organische Solarzellen am Fraunhofer ISE.