Das Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) in Potsdam-Golm stellt auf der heute (6. April 2016) gestarteten LOPEC eine Pilotanlage für die kundenspezifische Entwicklung gedruckter Elektronik im industrienahen Maßstab vor.
Zunächst hört sich alles wie Zukunftsmusik aus gängigen Science Fiction Filmen an: Leuchtende Folien, hauchdünne Displays, flexible Solarzellen – aber jenseits der klassischen Elektronik ermöglichen bereits heute leitfähige, druckbare Tinten viele neue Anwendungen. Die erste Stufe der Produktentwicklung findet üblicherweise im Labor statt, das oft einer Manufaktur gleicht. Doch um Produkte erfolgreich in den Markt zu bekommen, müssen sowohl die verwendeten Materialien als auch die Fertigungsprozesse industrietauglich sein.
»Mit der Pilotanlage bieten wir Firmen die Möglichkeit, neue Ideen in kommerzielle Produkte zu überführen«, erklärt Dr. Armin Wedel, Leiter des Forschungsbereichs Funktionale Polymersysteme am Fraunhofer IAP. Auf der Fertigungsanlage können nicht nur organische Leuchtdioden (OLED) sondern auch Solarzellen oder Sensoren entwickelt und in den industrienahen Maßstab gebracht werden. Das spezielle Knowhow besteht einerseits darin, druckbare Materialien zu entwickeln, die in extrem gleichmäßigen und dünnen Schichten gedruckt werden können. Andererseits liegt die Herausforderung darin, Bauteile ohne einen Verlust der Performance – z. B. Lebensdauer oder Effizienz – in einen großen Maßstab zu übertragen. Gelingt dies, lassen sich größere Musterserien realisieren.
Solarzellen aus Perovskit für kostengünstiges Upscaling
Nicht nur organische Materialien können auf der Potsdamer Pilotanlage gedruckt werden: »Unsere langjährigen Erfahrungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik übertragen wir derzeit auf Perovskit-Solarzellen, den Hoffnungsträger der Solarbranche«, so Wedel. Erst vor wenigen Jahren wurden Perovskit-Materialien für den Aufbau von Solarzellen entdeckt. Sie sind erheblich günstiger als die bisher verwendeten Siliziumsolarzellen. Es scheint, als sei mit Perovskit bereits jetzt ein Durchbruch bei der Erzeugung von preiswertem, grünen Strom aus Sonnenlicht gelungen. Bisher sind diese Solarzellen jedoch nur wenige Quadratmillimeter groß.
Am Fraunhofer IAP werden sie im Rahmen des kürzlich gestarteten EU-Projektes CHEOPS auf eine Fläche von 15 cm x 15 cm aufskaliert. Das ist nicht trivial, denn der Strom, der in jedem Punkt der Solarzelle entsteht, muss über die Elektroden bis an den Rand des Moduls geführt werden. Bei so einer großen Fläche kann es dabei zu hohen Stromverlusten kommen. Um Ineffizienzen entgegenzuwirken, drucken die Forscher vor der stromerzeugenden Schicht speziell entwickelte Gitterstrukturen auf. Neben der geringen Fläche haben Perovskit-Solarzellen ein weiteres Defizit: sie sind nur sehr kurzlebig. »Die Erhöhung der Lebensdauer möchten wir durch Verkapselungsverfahren erreichen. Auch hier profitieren wir von unserem umfangreichen Wissen aus der OLED-Technologie«, erklärt Wedel weiter.
Neben der Pilotanlage stellen die Fraunhofer-Forscher auf der LOPEC (Halle B0, Stand 100) ihre neusten Material- und Technologieentwicklung gedruckter Elektronik aus der Pilotanlage vor: umweltfreundliche, organische, flexible, gedruckte Solarzellen mit einer Effizienz von über 3 Prozent, wasserlösliche und cadmiumfreie Quantum Dots sowie OLEDs für die Displayindustrie. Die LOPEC läuft noch bis 7. April.