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Gedruckter Satz Solarzellen zur Revolutionierung der Elektronikfertigung

Forscher haben bei organischen Solarzellen einen neuen Rekord im Wirkungsgrad erreicht. Das Verfahren könnte die Produktion neuer Bauelemente zur Energiegewinnung und Beleuchtung verbessern.
Gedruckter Satz Solarzellen zur Revolutionierung der Elektronikfertigung
Das aufkommende Gebiet der organischen Elektronik verändert bereits die Art und Weise, wie wir Technik nutzen. Von LED-Displays, die in Fernsehgeräten, Computern und Mobiltelefonen verwendet werden, bis hin zu Kollektoren, die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln, konzentrieren sich Forschungsinstitute und Unternehmen zunehmend auf das Potenzial dieser Anwendungen. Besuchen Sie SmartLine und CORNET, die EU-finanzierten Projekte, die sich mit dem Thema der Fertigung in diesem Sektor befassen.

Wie in einer Pressemitteilung von Organic Electronic Technologies (OET) erklärt wird, berichtete ein von SmartLine unterstütztes Forschungs- und Entwicklungsteam über einen Wirkungsgrad von 7,4 % bei einer „vollständig Rolle-zu-Rolle (R2R) gedruckten polymerbasierten organischen Einfachsolarzelle (Organic Photovoltaic, OPV).“ Das Team von ΟΕΤ, einem der Partner von SmartLine, hofft, bis 2021 einen Wirkungsgrad von 9 % bei OPV-Zellen zu erreichen. Laut einem in derselben Pressemitteilung erschienenen Zitat, erklärt der Geschäftsführer des Unternehmens, dass das „neue Ergebnis die Bemühungen um die Massenproduktion von OPV-Kollektoren [von] bis zu 1 000 000 m2 pro Jahr unterstützt und auf verschiedene Pilot-Demonstrationsprojekte im Jahr 2021 abzielt.“

Flexibilität und Kosteneffizienz

Obwohl OPV bei der Stromerzeugung aktuell nicht so effizient sind wie siliziumbasierte Solarzellen, hat sich ihre Leistung in den letzten Jahren verbessert. Die Tatsache, dass sie mithilfe von etablierten Druckverfahren schnell auf dünnen Kunststofffolien hergestellt werden können, macht sie aufgrund der reduzierten Herstellungskosten zu einer attraktiven Lösung. Darüber hinaus können sie an praktisch jede Oberfläche oder jedes Objekt als eine vorgefertigte Stromquelle angebracht werden. Daher könnte die Umsetzung von OPV in einer Vielzahl von Bereichen auf bestehende und neue Verbraucherprodukte ausgeweitet werden. Dazu gehören „Energie, Beleuchtung, Displays und Oberflächen, elektronische Schaltungen, alle (Bio-)Sensoren, tragbare Geräte (Wearables), IKT [und] IoT“, heißt es in der Pressemitteilung. Die Marktakzeptanz für organische und großflächige Elektronik (organic large-area electronics, OLAE) verzögert sich jedoch aufgrund mehrerer Herausforderungen, die auf der Website des SmartLine-Projekts zusammengefasst werden.

Einige dieser Probleme umfassen eine unzureichende Kontrolle der Eigenschaften von Materialien und Bauelementen, eine geringe Prozessausbeute, begrenzte Zuverlässigkeit und einen hohen Ressourcenverbrauch sowie steigende Abfallmengen und hohe Kosten. Zur Lösung dieser Probleme wird SmartLine praktische Branchenlösungen bereitstellen, um eine Verbesserung der OLAE-Geräteproduktion zu erreichen. Nach Angaben der Projektwebsite „wird es hochentwickelte zerstörungsfreie und robuste In-Line-Messtechnik- und Steuerungslösungen für den R2R-Druck und OVPD-Verfahren [organische Dampfphasenabscheidung] zur rückführbaren Messung der Eigenschaften und Qualität von hochintegrierten Nanoschichten und -bauelementen während ihrer Herstellung entwickeln.“

Zudem wird SmartLine (Smart in-line metrology and control for boosting the yield and quality of high-volume manufacturing of Organic Electronics) auch die Herstellungsprozesse in anderen Branchen wie Dünnschichten (z. B. Funktionsfolien, antimikrobielle und dekorative Beschichtungen, Abdeckungen), Automobil, Verkehr, Raumfahrt und Gesundheit digitalisieren und transformieren.

Bündelung von Ressourcen

Dank ihrer vielversprechenden Zukunft befasst sich auch CORNET (Multiscale modelling and characterization to optimize the manufacturing processes of Organic Electronics materials and devices) mit der Optimierung von OLAE. Es zielt darauf ab, ein „einzigartiges offenes Innovationsumfeld (Open Innovation Environment, OIE) in der EU zu entwickeln, das die drei Bereiche Herstellung, Modellierung und Erprobung“ abdeckt, wie auf der CORNET-Projektwebsite nachzulesen ist. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Projekt eine nachhaltige OIE-Plattform und -Datenbank erstellen.

Dabei wird CORNET Nanostrukturmerkmale mit makroskopischer Funktionalität durch die Charakterisierung und Modellierung auf mehreren Ebenen (von der Nano- bis zur Makroebene) verbinden. Infolgedessen können maßgeschneiderte OLAE-Bauelemente und -Systeme für die Demonstration in industriellen Anwendungen wie in der Automobilindustrie und in Gewächshäusern hergestellt werden.

Weitere Informationen:
SmartLine-Projektwebsite
CORNET-Projektwebsite

Quelle: Gestützt auf Projektinformationen und Medienberichte

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