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Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz gelang der Druck effizienterer und haltbarerer Solarzellen — DFG-Forschungsgruppe POPULAR führt nun universitätsübergreifend Alterungsuntersuchungen an den Zellen durch
2011 veröffentlichte die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Arved Hübler vom Institut für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz die erste auf Papier gedruckte Solarzelle — damals bereits ein großer Erfolg. „Die Machbarkeit war damit zwar gezeigt, aber mit einer Leistungseffizienz von nur 1,7 Prozent und einer sehr reduzierten Haltbarkeit waren die Werte noch nicht überzeugend“, so Hübler. Nun ist es seiner Arbeitsgruppe gelungen, Solarzellen mit einer Effizienz von neun Prozent und deutlich verbesserter Haltbarkeit zu drucken. Dabei liegt die Ausbeute bei der Produktion der gut funktionierenden Zellen bereits bei über 88 Prozent und ist damit schon sehr hoch.
Hübler erläutert die Herstellung im Forschungslabor: „Organische Halbleiter befinden sich in der zentralen, photoaktiven Schicht der Solarzelle und wandeln einfallendes Licht in einen Elektronenstrom um. Die an der TU Chemnitz gedruckten Zellen nutzen hierfür die Polymermischung PM6:Y12, die in fünf weitere Schichten eingebettet ist. Mithilfe dieser Schichten kann die gewonnene elektrische Leistung nutzbar gemacht werden. Die Schichten werden wie eine Zeitschriftenseite auf einer Rollendruckmaschine gedruckt. Dabei werden flüssige Druckfarben aufeinandergelegt und getrocknet. Allerdings werden diese Schichten nicht aufgrund ihrer Farbe genutzt, sondern aufgrund ihrer elektrischen Funktionen.“
Alterungsuntersuchungen im Rahmen einer universitätsübergreifenden Forschungskooperation
Dieser Erfolg wurde im Rahmen der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsgruppe „POPULAR – Gedruckte & stabile organische Photovoltaik mit Nicht-Fullerenakzeptoren“ erreicht. Prof. Dr. Carsten Deibel, Inhaber der Professur Optik und Photonik kondensierter Materie an der TU Chemnitz sowie Sprecher der DFG-Forschergruppe, berichtet, dass die in Chemnitz gedruckten Solarzellen zur Untersuchung der Haltbarkeit direkt zu den Projektpartnerinnen und -partnern in der Gruppe von Prof. Dr. Christoph Brabec an der Universität Erlangen-Nürnberg gebracht worden. Dort werden sie derzeit einer beschleunigten Alterung unterzogen. Nach sechs Wochen können diese gealterten Solarzellen mit frischen, an der TU Chemnitz gedruckten Solarzellen verglichen werden, um die Ursachen der Alterung zu ermitteln. Diese Untersuchungen erfolgen in der Arbeitsgruppe von Prof. Deibel und Prof. Dr. Dietrich Zahn im Institut für Physik der TU Chemnitz sowie bei den Mitgliedern des POPULAR-Teams Prof. Dr. Yana Vainzof (TU Dresden), Prof. Dr. Eva Herzig (Universität Bayreuth) und Prof. Dr. Safa Shoaee (Universität Potsdam). Die Ergebnisse fließen in Auswertungen durch Simulationsprogramme der gedruckten Solarzellen ein, die vom Team um Prof. Dr. Martin Stoll von der Fakultät für Mathematik der TU Chemnitz in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Jan-Frederik Pietschmann (Universität Augsburg) und Prof. Dr. Roderick MacKenzie (University of Durham) durchgeführt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse helfen bei der Entwicklung neuer organischer Halbleiter, die bei Prof. Dr. Michael Sommer vom Institut für Chemie der TU Chemnitz angesiedelt ist.
Gedruckte Solarzellen haben großes Marktpotenzial
Hübler zufolge sind gedruckte Solarzellen ein aussichtsreicher Kandidat für die nächste Solarzellengeneration. „Heutige Solarzellen sind trotz ihrer sehr energieintensiven Herstellung relativ kostengünstig, weil sie in China mit äußerst günstigem Kohlestrom produziert werden. Die nächste Technologiegeneration müsse jedoch deutlich effizienter produzieren, wofür sich das Drucken anbiete, so der Chemnitzer Professor. Seiner Ansicht nach können mit geringem Energieeinsatz in kurzer Zeit Quadratkilometer Solarzellen auf Papier oder Folie gedruckt und auf den Markt gebracht werden. „Potenzielle Märkte sind bereits bekannt. Der Klimawandel erfordert immer häufiger Verschattungen, beispielsweise in der Landwirtschaft. Kilometerlange Solarbahnen können einfach über die Felder gezogen und später wieder abgeräumt werden. Für eine erfolgreiche Anwendung muss jedoch die Lebensdauer der gedruckten Solarzellen stimmen“, sagt Hübler. Mit den Arbeiten der Forschergruppe POPULAR können nun grundlegende Fragen geklärt werden, um einen Grundstein für eine Solarzellen-Industrie der nächsten Generation zu legen – dann hoffentlich wieder in Deutschland.
Hintergrund: DFG-Forschungsgruppe „Gedruckte & stabile organische Photovoltaik mit Nicht-Fullerenakzeptoren – POPULAR“ unter Federführung der TU Chemnitz
Die mit rund fünf Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Forschergruppe „Gedruckte & stabile organische Photovoltaik mit Nicht-Fullerenakzeptoren – POPULAR“ (FOR 5387) ist führend auf dem Gebiet der optoelektronischen Charakterisierung von organischen Solarzellen. Prof. Dr. Carsten Deibel, Inhaber der der Professur Optik und Photonik kondensierter Materie der TU Chemnitz, ist Sprecher der DFG-Forschergruppe, an der 14 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehrerer Universitäten in Deutschland und Großbritannien beteiligt sind. Gemeinsames Ziel ist es, organische Solarzellen mit massenproduktionstauglichen Druckverfahren herzustellen und mit komplementären Experimenten und Simulationen zu verstehen und zu verbessern.
Homepage der Forschungsgruppe POPULAR: http://popular-printed-photovoltaics.de
Prof. Dr. Arved Hübler, Telefon 0371 531-23610, E-Mail pmhuebler@mb.tu-chemnitz.de
David Holzner, Tatjana Taranenko, Robert Eland und Martin Mellendorf (v. l.) an einer Rollendruckmas ...
Quelle: Foto: pmTUC
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Chemie, Energie, Maschinenbau, Physik / Astronomie, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsergebnisse, Forschungsprojekte
Deutsch
David Holzner, Tatjana Taranenko, Robert Eland und Martin Mellendorf (v. l.) an einer Rollendruckmas ...
Quelle: Foto: pmTUC
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