Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gewebenetz fängt Sonnenenergie ein: Neuartige Elektrode für flexible Dünnschicht-Solarzellen

24.03.2011
Die marktübliche Technologie der Silizium-basierten starren Solarzellen eignet sich nicht für die Herstellung formbarer Dünnschicht-Solarzellen; bei diesen sammelt eine transparente, flexible und leitfähige Elektrode das Licht und leitet den Strom ab. Eine Polymer-Gewebeelektrode der Empa erzielte nun erste viel versprechende Resultate und empfiehlt sich statt einer Beschichtung mit Indium-Zinnoxid.

Rohstoffknappheit und steigender Verbrauch von seltenen Metallen verteuern zunehmend elektronische Bauteile und Geräte. Eingesetzt werden sie zum Beispiel für transparente Elektroden in Touch-Screen-Anzeigen von Mobiltelefonen, in Flüssigkristallbildschirmen, organischen Leuchtdioden und Dünnschicht-Solarzellen. Das Material der Wahl dafür ist Indium-Zinnoxid (ITO, engl. indium tin oxide), ein leitendes, weitgehend transparentes Mischoxid. Da ITO jedoch relativ teuer ist, ist es für grossflächige Anwendungen wie in Solarzellen unwirtschaftlich.


Flexibles Präzisionsgewebe, das in Zusammenarbeit mit der Schweizer Firma Sefar AG zu einer Elektrode für Dünnschicht-Solarzellen entwickelt wurde. Quelle: Sefar AG

Suche nach Alternativen

Zwar gibt es Indium-freie transparente Oxide, doch mit zunehmender Nachfrage zeichnen sich auch hier Versorgungsengpässe ab. Zudem bleiben prinzipielle Nachteile wie Brüchigkeit bei Verformung bestehen. Daher werden alternative transparente und leitfähige Beschichtungen intensiv erforscht, wie etwa leitende Polymere, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Graphen. Kohlenstoff-basierte Elektroden haben jedoch meist einen zu hohen Oberflächenwiderstand und sind somit zu wenig leitfähig. Wird ein metallisches Gitter in die organische Schicht integriert, vermindert sich der Widerstand, aber ebenso die mechanische Stabilität: Wird die Solarzelle gebogen, brechen die Schichten und sind nicht mehr leitend. Die Herausforderung besteht also darin, biegsame und trotzdem stabile leitende Substrate herzustellen, idealerweise in einem kostengünstigen industriellen Rollenverfahren.

Eine Lösung: Gewobene Elektroden

Als eine viel versprechende Möglichkeit stellte sich ein transparentes, flexibles Polymer-Gewebe heraus, das die Empa in einem von der Kommission für Technologie und Innovation KTI finanziell unterstützten Projekt zusammen mit der Sefar AG entwickelt hat. Die auf Präzisionsgewebe spezialisierte Schweizer Firma kann das Gewebe günstig und in grossen Mengen über ein Roll-to-roll-Verfahren ähnlich wie beim Zeitungsdruck produzieren. Für die nötige elektrische Leitfähigkeit sorgen eingewobene Metallfäden. In einem zweiten Prozessschritt wird dann das Gewebe in eine inerte Plastikschicht eingebettet, ohne dass dabei die Metallfäden ganz abgedeckt und elektrisch isoliert werden. Die so erhaltene Elektrode ist transparent, stabil und doch flexibel. Darauf brachten Empa-Forschende dann organische Solarzellen als Schichtsystem auf. Deren Effizienz ist vergleichbar mit herkömmlichen ITO-basierten Zellen; zudem ist die Gewebeelektrode bei Verformung deutlich stabiler als kommerziell erhältliche, flexible Plastiksubstrate, auf die ITO als dünne leitfähige Schicht aufgetragen ist.

Literaturhinweis
William Kylberg, Fernando Araujo de Castro, Peter Chabrecek, Uriel Sonderegger, Bryan Tsu-Te Chu, Frank Nüesch and Roland Hany: Woven Electrodes for Flexible Organic Photovoltaic Cells, Adv. Mater. 2011, 23, 1015-1019, doi: 10.1002/adma.201003391
Weitere Informationen
Dr. Roland Hany, Funktionspolymere, +41 58 765 40 84, roland.hany@empa.ch

Sabine Voser | EMPA
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie