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Die Solarzelle der Zukunft wird leicht und mechanisch flexibel sein und sich mithilfe von Druckprozessen kostengünstig herstellen lassen. Effizientere Materialien und neue Architekturen für die organische Photovoltaik zu entwickeln, sind die Ziele des BMBF-geförderten neuen Forschungsvorhabens POPUP. Ein interdisziplinäres Team um Dr. Alexander Colsmann vom Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT erarbeitet für POPUP ein vertieftes Grundverständnis und erforscht neue Architekturen für semi-transparente und lichtundurchlässige Solarzellen und -module.

Zu dem nun gestarteten Projekt „Entwicklung neuer Materialien und Devicestrukturen für konkurrenzfähige Massenproduktionsverfahren und Anwendungen der organischen Photovoltaik“ (POPUP) tragen insgesamt zehn führende Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus verschiedenen Bereichen bei. Die Koordination liegt bei dem Pharma- und Chemieunternehmen Merck. Das Gesamtbudget für das insgesamt drei Jahre laufende Projekt beträgt 16 Millionen Euro. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellt dem Konsortium einen Förderbetrag von 8,2 Millionen Euro zur Verfügung, den Rest tragen die am Projekt teilnehmenden Unternehmen. Zur Umsetzung des Forschungsvorhabens erhält das KIT eine Förderung von einer Million Euro.

Integration eines organischen Solarmoduls auf einer gekrümmten Oberfläche. (Foto: Alexander Colsmann)

Integration eines organischen Solarmoduls auf einer gekrümmten Oberfläche.
(Foto: Alexander Colsmann)

POPUP soll der organischen Photovoltaik zum Durchbruch verhelfen. Dazu entwickelt das Konsortium deutlich effizientere und stabilere Materialien für kostengünstige, industriell anwendbare Druck- und Beschichtungsverfahren sowie neue Architekturen für flexible und starre, semi-transparente und lichtundurchlässige Solarmodule. Das KIT hat dabei die Aufgaben, ein vertieftes Grundlagenverständnis zu erarbeiten sowie gemeinsam mit den Industriepartnern neue Bauelement-Architekturen für semi-transparente und lichtundurchlässige Solarzellen und -module zu erforschen.

Je nach Anwendungsgebiet werden die Solarzellen auf flexiblen Kunststofffolien oder auf starren Glasträgern gefertigt. Die KIT-Wissenschaftler verfolgen bei ihren Arbeiten zur organischen Photovoltaik zwei entscheidende Ziele: prinzipiell vollständige Druckbarkeit der Solarzellen sowie Verzicht auf Indiumzinnoxid (ITO) als Elektrodenmaterial. Bei flexiblen Trägern setzen die Forscher stattdessen leitfähige und transparente Folien ein. Bei Glasträgern hingegen untersuchen sie eine entsprechende Abscheidung transparenter Elektroden auf Basis von metallischen Mikrostrukturen und leitfähigen Pufferschichten. Darüber hinaus widmet sich das Team am KIT der Erforschung hocheffizienter semi-transparenter Solarzellen und Minimodule aus organischen Halbleitern. Das Team erforscht damit eine der Schlüsseltechnologien und ein entscheidendes Alleinstellungsmerkmal der organischen Photovoltaik.

Die beteiligten Industriepartner streben mittel- bis langfristig die Herstellung organischer Solarmodule über konkurrenzfähige Massenproduktionsverfahren an – beispielsweise zur Integration in Fahrzeuge, um die Stromversorgung für die Bordelektronik zu unterstützen, in Gebäude und Glasfassaden, zur Energieversorgung für freistehende Gebäude und Geräte, Notfallsysteme, Verkehrs- und Navigationshilfen. Auch zur netzunabhängigen Stromversorgung im Freizeitbereich oder zum Laden mobiler Verbraucher-Geräte lassen sich die neuartigen Technologien einsetzen. Die Ergebnisse des KIT-Forscherteams werden den verschiedenen Anwendungen direkt zugutekommen.

Der Verbund POPUP umfasst zehn Partner, die langjährige Erfahrungen in der organischen Photovoltaik besitzen und auf ihren Arbeitsgebieten technologisch führend sind: Merck, Darmstadt; Zentrum für Angewandte Energiesysteme, Erlangen; PolyIC GmbH & Co. KG, Fürth; Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe; Leonhard Kurz Stiftung & Co. KG, Fürth; Belectric OPV GmbH, Nürnberg; Webasto Gruppe, Stockdorf; Siemens AG, Erlangen; Centrosolar Glas GmbH & Co. KG, Fürth; Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Stuttgart. Die Partner kooperieren in einer arbeitsteiligen, branchenübergreifenden und multidisziplinären Wertschöpfungskette.

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie

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