Gedruckte Elektronik

Papier-Photovoltaik für günstige Solarmodule aus der Druckmaschine

| Autor / Redakteur: Arved C. Hübler * / Peter Koller

Von der Rolle: Fortlaufend mit Solarzellen bedruckte Papierbahn. (Foto: pmTUC)
Von der Rolle: Fortlaufend mit Solarzellen bedruckte Papierbahn. (Foto: pmTUC)

Forscher des Instituts für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz [pmTUC] haben Solarmodule vorgestellt, die durch Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften auf Standardpapiere gedruckt werden.

Seit langem ist die Nutzung von Sonnenenergie eine zentrale technologische Herausforderung für die modernen Gesellschaften. Die Photovoltaik, also die elektronische Umwandlung von Licht in Strom, gilt dabei als besonders attraktiv.

Allerdings konnte die Siliziumelektronik bisher nicht überzeugen. Trotz langer und aufwendiger Forschung ist der Beitrag der Photovoltaik zur Energieerzeugung bis heute minimal - und vorwiegend durch Subventionen erkauft.

Die Ursache ist bekannt. Die riesigen Erfolge der Elektronik wurden nur durch Miniaturisierung erzielt. Heute kann man unvorstellbar kleine Leiterbahnen mit 32 nm Breite produzieren.

Solarenergie erfordert große Flächen

Aber Solarenergie erfordert das Gegenteil, nämlich möglichst große Flächen ohne Feinstrukturen. Und da wird die klassische Elektronik aufgrund der teuren Materialien, der sehr aufwendigen Reinraumtechniken, der Batchfertigung, etc. überproportional teuer. Mit exzellenter Forschung hat man bisher sehr komplexe Photovoltaiktechnologien entwickelt, die aber immer noch sehr teuren Strom produzieren.

Quadratisch: Ein etwa 15x15 cm großes Solarmodul besteht aus vier Streifen Solarzellen (Foto: B. Trnovec /pmTUC)
Quadratisch: Ein etwa 15x15 cm großes Solarmodul besteht aus vier Streifen Solarzellen (Foto: B. Trnovec /pmTUC)

Gegenüber der klassischen, siliziumbasierten Photovoltaik ist die organischen Photovoltaik (OPV), die oft auf flexiblen Folien aufgebaut wird, seit einiger Zeit im Gespräch. Sie basiert auf einer heterogenen Mischung („bulk heterojunction” - BHJ) aus einem Polymer- und einem Fulleren-Material, welches die aktive Halbleiterschicht bildet.

In den letzten zehn Jahren konnte durch intensive Forschung die Effizienz von Polymer/Fulleren-Solarzellen erheblich gesteigert werden. Auch im Bezug auf die Stabilität von OPV-Zellen wurden große Fortschritte erzielt. Allerdings wurde bisher keine wesentliche Reduzierung der Kostenbilanz bei Polymer/Fulleren-Solarzellen erreicht.

3PV basiert auf herkömmlichen Druckverfahren

Nun hat unsere Arbeitsgruppe am Institut für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz Solarmodule vorgestellt, die auf Papier gedruckt werden. Die 3PV genannte Technologie (3PV steht für printed paper photovoltaics) basiert auf herkömmlichen Massendruckverfahren, etwa Tief-, Flexo- und Offsetdruck, und Standardpapieren, wie sie bei Zeitschriften, Plakaten oder Verpackungen eingesetzt werden.

Spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften bilden die notwendigen Strukturen auf dem Papier, so dass bei Lichtbestrahlung Strom entsteht. Da die hierbei eingesetzten klassischen Druckverfahren und Materialien sehr kostengünstig sind, können die so produzierten Solarmodule im Vergleich zur heute üblichen Technologie deutlich billigeren Strom produzieren.

Solarmodule aus nachwachsenden Rohstoffen

Die jetzt von unserem Team in Chemnitz vorgestellte gedruckte Papier-Photovoltaik reduziert nicht nur die Produktionskosten, sondern auch die Materialkosten. So werden die Solarzellen auf Papier mit Hilfe von einfachen Rolle-zu-Rolle-Druckprozessen unter Umgebungsbedingungen hergestellt. Der Einsatz von Massendruckverfahren bietet im Gegensatz zu Inkjet-Druck oder Siebdruck bzw. flächigem Beschichten viele Vorteile.

Bereits heute werden die verschiedenen Lagen der Solarmodule auf 14 cm Bahnbreite bei einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s mit den Labordruckmaschinen des Instituts für Print- und Medientechnik fortlaufend erzeugt. Wird die Produktion zukünftig im Industriemaßstab durchgeführt, könnte mit Bahnbreiten von 2 m und mehr sowie Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 15 m/s in wenigen Stunden eine Fläche bedruckt werden, die der weltweiten Jahresproduktion der konventionellen Solarindustrie entspricht.

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Wie üblich: ausgezeichnet!. Möchte wissen wer die Farbeliferant um diese Solarmodule aus der...  lesen
posted am 04.03.2014 um 15:03 von Unregistriert


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