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Mit Perowskit effizientere Lichtquellen und Solarmodule

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Im Rahmen eines EU-weiten Projektes wollen 14 Partner aus zehn europäischen Staaten klassische Halbleitermaterialien durch Perowskit ersetzen und neue Anwendungen für Beleuchtung, Photovoltaik und Telekommunikation entwickeln.

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Forscher arbeiten an effizientere Elektronik für Lichtquellen und Solarmodule. Als Halbleiter-Material wird Perowskit verwendet.
Forscher arbeiten an effizientere Elektronik für Lichtquellen und Solarmodule. Als Halbleiter-Material wird Perowskit verwendet.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Die Europäische Union verstärkt im Projekt „PeroCUBE“ die Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Perowskite. Diese Mineralien aus der Gruppe der Titanate sind eine Zukunftstechnologie für OLAE-basierte Geräte. Die Abkürzung steht für „Organic and Large Area Electronics“. Dabei spielen die Perowskite eine entscheidende Rolle: Sie haben das Potenzial, sowohl den Photovoltaikbranche als auch den Markt für die Beleuchtung grundlegend zu verändern.

Es handelt sich um eine Klasse von kostengünstigen, aber hochwertigen Materialien, die eine ähnliche Leistung wie konventionelle Halbleiter aufweisen, sich aber gleichzeitig mit einfachen und preiswerteren Verfahren verarbeiten lassen. Der Schwerpunkt dabei liegt auf flexiblen, leichten elektronischen Geräten. Die Materialien werden intensiv erforscht und für Anwendungen in der Energieerzeugung optimiert. In den nächsten fünf Jahren sollen effiziente, perowskit-basierte PVs auf den Markt gebracht werden. Auch effiziente, licht-emittierenden Bauelemente sind mit Perowskite möglich.

Flexible und leichte Elektronik mit Perowskit

Das Projekt „PeroCUBE“ zielt auf die Entwicklung flexibler, leichtgewichtiger Elektronik auf Perowskit-Basis ab. Es bildet die gesamte Wertschöpfungskette und schafft die Grundlage für die Entwicklung einer neuen Generation von Perowskit-basierten Bauelementen. Das europäische Konsortium besteht aus 14 Partnern aus Industrie, Forschung und Entwicklung und Hochschulen in zehn europäischen Ländern. Ziel ist es, die Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit in kommerziellen Produkten zu demonstrieren. Das Projekt startete am 1. April 2020 und läuft über 42 Monate und erhält einen EU-Beitrag von insgesamt 5,6 Mio. Euro.

Das organisch-anorganische Metallhalogenid-3D- und niedrigdimensionaler Halbleiter (umgangssprachlich als Perowskit bezeichnet), das bereits in der Photovoltaik verwendet wird, soll zudem den OLAE-Markt mit Perowskit-basierten LED und PeLED dominieren.

Neue Standards für die Kommunikation mit Licht

Das Projekt PeroCUBE verfolgt dabei zwei Hauptziele:

  • Effiziente und kostengünstige Lichtquellen entwickeln, welche den Eigenschaften natürlicher Lichtquellen nahekommen und
  • Unterstützung der Entwicklung von stabileren, nachhaltigeren, effizienten und kostengünstigen Solarmodulen.

Kombiniert man die beiden Techniken, so soll eine neue Generation von Standards für die visuelle Lichtkommunikation (VLC) und LiFi (Light Fidelity) entstehen. Dabei will das Konsortium sowohl das Human Centric Lighting, die Datenübertragung, Wearables und IoT-Anwendungen erweitern.

Die Partner im Konsortium sind sich einig, dass das Projekt die Entwicklung von opto-elektronischen Bauelementen auf Perowskit-Basis einen Schritt weiterbringen wird. Innerhalb „PeroCUBE“ sollen großflächige Beleuchtungspanels (PeLEDs) entstehen, mit denen ein homogenes Licht entsprechend dem Konzept der human-zentrierten Beleuchtung bieten. Gleichzeitig soll damit die europäische Beleuchtungs-Industrie gestärkt werden und neue Absatzmöglichkeiten eröffnen. Dr. Sylvain Nicolay von CSEM: „Das Projekt „PeroCUBE“ wird zeigen, dass die spezifische Klasse von Perowskit-Materialien tatsächlich kommerziell in Leuchten und Wearables eingesetzt werden kann.“

Dr. Christian May, Geschäftsfeldleiter Flexible Organische Elektronik am Fraunhofer FEP, erläutert die Rolle des Fraunhofer FEP in PeroCUBE: „Die Perowskit-Technologie durchläuft eine ebenso rasante und faszinierende Entwicklung wie es die OLED-Technik tut. Daher möchten wir unser umfangreiches Fachwissen bei der Charakterisierung und Verkapselung großflächiger und flexibler OLED einbringen und eine sinnvolle Kombination dieser Technologien erreichen.“

Die 14 Partner im Überblick

Das „PeroCUBE-Konsortium“ (High-Performance Large Area Organic Perovskite Devices for Lighting, Energy and Pervasive Communication) besteht aus:

  • 1. CSEM SA (CH) – Koordinator und Leiter für die Entwicklung von Perowskit-basierten PV-Komponenten;
  • 2. VTT (FIN) – Fertigungsansätze für großflächige flexible PeroCUBE-Bauelemente und deren Integration in Wearables;
  • 3. University of Oxford (UK) – Technologieentwicklung für LED und PV Bauelemente;
  • 4. University of Patras (GR) – Anpassung der aufskalierten industriellen Perowskit-Synthese sowie die Bereitstellung verbesserter Perowskit-Strukturen;
  • 5. Fraunhofer FEP (GER) – Elektro-optische Charakterisierung von PeLED-Bauelementen und deren Verkapselung;
  • 6. Aura Light Italia (IT) – Systemintegration für Beleuchtungsanwendungen, verantwortlich für Innovation, Dissemination und IPR-Management;
  • 7. TNO (NL) – Lebenszyklus-Analyse und Gefahren- und Nanotoxizitätsbewertung, die sowohl die Vorteile als auch die potenziellen Risiken von PeroCUBE-Komponenten in den verschiedenen Lebenszyklusphasen des Produkts berücksichtigen;
  • 8. CNRS (F) – Optimierung des Perowskit-Materials;
  • 9. Vodafone Innovus (GR) – LiFi (Light Fidelity)-Anwendungen;
  • 10. Technische Universität Wien (AT) – Entwicklung der mikro- und nanoskaligen Charakterisierung von gefertigten Pe-LED-Bauteilen und Pe-LED-Materialien
  • 11. Alpes Laser SA (CH) – Laserquelle zur Perowskit-Charakterisierung;
  • 12. Eulambia Advanced Technologies Ltd. (GR) – Integration der PeroCUBE Sende-/Empfangseinheit;
  • 13. Optiva Media (ES) – Implementierung und Validierung des PeLiFi-Prototyps;
  • 14. Noesis Technologies (GR) – Projekt-, Daten- und IPR-Management und Verwertungs-Unterstützung.

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