Neu­es EU-For­schungs­pro­jekt LAR­GECELLS: Son­ni­ge Zukunft für Strom aus Plastik

Wis­sen­schaft­ler der Uni­ver­si­tät Bay­reuth lei­ten ambi­tio­nier­tes EU- For­schungs­pro­jekt „LAR­GECELLS“ für die groß­flä­chi­ge Anwen­dung orga­ni­scher Photovoltaik

Die Visi­on von Prof. M. Thelak­kat, Pro­fes­sor für Ange­wand­te Funk­ti­ons­po­ly­me­re an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth, ist revo­lu­tio­när: In 10 bis 20 Jah­ren sol­len Halb­lei­ter-Pla­stik­fo­li­en, die Son­nen­en­er­gie in elek­tri­sche Ener­gie umwan­deln, für wenig Geld im Bau­markt erhält­lich sein. Durch eine ver­bes­ser­te Effi­zi­enz soll die­se Pho­to­vol­ta­ik-Tech­no­lo­gie der näch­sten Genera­ti­on auf Basis von druck­ba­ren Poly­mer­so­lar­zel­len eine kosten­gün­sti­ge und groß­flä­chi­ge Ver­sor­gung mit Son­nen­en­er­gie ermöglichen.

Damit es nicht bei der Visi­on bleibt, finan­ziert die Euro­päi­sche Kom­mis­si­on seit Anfang Sep­tem­ber 2010 für die näch­sten drei Jah­re ein ent­spre­chen­des inter­na­tio­na­les For­schungs­vor­ha­ben mit 1,64 Mio. EUR. Am 14 . Okto­ber 2010 tref­fen sich die Wis­sen­schaft­ler in Mün­chen für das Kick-Off-Mee­ting des Pro­jekts. Unter der Lei­tung von Prof. Thelak­kat betei­li­gen sich vier aka­de­mi­sche Part­ner und ein KMU aus Däne­mark, den Nie­der­lan­den und Isra­el, sowie ein Kon­sor­ti­um aus indi­schen Wis­sen­schaft­lern an dem „LARGECELLS“-Projekt (Lar­ge-area Orga­nic and Hybrid Solar Cells). Die Baye­ri­sche For­schungs­al­li­anz über­nimmt in „LAR­GECELLS“ das Pro­jekt­ma­nage­ment. Durch die­se erfolg­rei­che, gemein­sa­me EU-Pro­jekt­ent­wick­lung mit der Bay­FOR flie­ßen ca. 600.000 EUR För­der­gel­der aus Brüs­sel nach Bayern.

Fos­si­le Brenn­stof­fe wer­den immer knap­per. Um die kli­ma­schäd­li­che Koh­len­di­oxid­be­la­stung zu redu­zie­ren, brau­chen wir erneu­er­ba­re Ener­gie­quel­len. Hier spielt die Pho­to­vol­ta­ik zur Erzeu­gung elek­tri­scher Ener­gie eine wich­ti­ge Rol­le. Aller­dings erfor­dert die Pro­duk­ti­on star­rer, anor­ga­ni­scher Pho­to­vol­ta­ik-Ele­men­te aus rei­nem Sili­zi­um einen hohen Ener­gie- und Kosten­auf­wand. Eine Alter­na­ti­ve stellt die orga­ni­sche Pho­to­vol­ta­ik (OPV) dar, die auf Poly­me­ren basiert. Die­se „Pla­stik­so­lar­zel­len“ sind gün­stig und ener­gie­ef­fi­zi­ent zu pro­du­zie­ren sowie fle­xi­bel ein­setz­bar, aller­dings schei­tert ihre groß­flä­chi­ge Anwen­dung bis dato an ihrer ver­gleichs­wei­se nied­ri­gen Effi­zi­enz. Wenig erforscht sind bis­lang auch die Lang­zeit­sta­bi­li­tät und Degra­dati­ons­me­cha­nis­men poly­me­rer Solar­zel­len, was ihren prak­ti­schen Ein­satz erschwert.

„Der Ener­gie­be­darf ist welt­weit enorm, ins­be­son­de­re in Schwel­len­län­dern, die sich zur­zeit rasch zu gro­ßen Indu­strie­na­tio­nen ent­wickeln“, sagt Prof. Thelak­kat. „Gefragt sind kosten­gün­sti­ge, umwelt­freund­li­che Lösun­gen, die über­all und fle­xi­bel ein­setz­bar sind, und Son­nen­en­er­gie auch da zur Ver­fü­gung stel­len, wo die Infra­struk­tur Män­gel auf­weist. Die­se Anfor­de­run­gen kann die orga­ni­sche Pho­to­vol­ta­ik erfül­len. Vor­aus­set­zung ist eine deut­li­che Ver­bes­se­rung ihrer Effi­zi­enz und Lang­zeit­sta­bi­li­tät, was wir mit unse­rer For­schungs­ar­beit errei­chen möchten.“

Neue Funk­ti­ons­ma­te­ria­li­en für eine neue Energie-Ära

Das Anfang Sep­tem­ber 2010 gestar­te­te „LARGECELLS“-Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, neue geeig­ne­te poly­me­re Funk­ti­ons­ma­te­ria­li­en für orga­ni­sche Pho­to­vol­ta­ik­ze­l­len zu syn­the­ti­sie­ren, um eine Ver­dop­pe­lung der heu­te erreich­ba­ren Effi­zi­enz zu erzie­len. Hier­zu wird das Poten­zi­al sowohl von rein orga­ni­schen Syste­men als auch von Hybrid­ma­te­ria­li­en aus anor­ga­ni­schen und orga­ni­schen Halb­lei­tern erforscht. Kon­kre­te Zie­le sind die Ent­wick­lung von Mate­ria­li­en mit ver­bes­ser­ter Band­lücke und opti­mier­ten Donor-Akzep­tor-Syste­men. Dafür wird die Mor­pho­lo­gie der poly­me­ren Schich­ten für die Pho­to­vol­ta­ik­ze­l­len ent­spre­chend ange­passt. Die viel­ver­spre­chend­sten Mate­ria­li­en wer­den für ihre groß­flä­chi­ge Anwen­dung in neu­en, hoch­mo­der­nen Her­stel­lungs­ver­fah­ren auf Basis von Roll-to-Roll-Pro­zes­sen wei­ter ent­wickelt. Die däni­sche Fir­ma Meko­print zeich­net für die tech­no­lo­gi­sche Rea­li­sie­rung des Pro­jekts verantwortlich.

Lang­zeit­sta­bi­li­tät im Härtetest

Die Sta­bi­li­tät und Degra­dati­ons­me­cha­nis­men der neu­en Solar­zel­len wer­den in der Negev-Wüste (Isra­el) und in Indi­en durch In- und Out­door-Tests mit­tels beschleu­nig­ter Alte­rungs­ver­fah­ren unter­sucht. Die Ergeb­nis­se die­ser unter rea­len Betriebs­be­din­gun­gen statt­fin­den­den Tests wer­den bei der wei­te­ren Ent­wick­lung opti­mier­ter Trä­ger­ma­te­ria­li­en berücksichtigt.

Enge Zusam­men­ar­beit mit indi­schen Wissenschaftlern

Durch geziel­te Aus­schrei­bun­gen im 7. For­schungs­rah­men­pro­gramm der EU wird die Zusam­men­ar­beit mit bestimm­ten Län­dern außer­halb der EU unter­stützt. So neh­men fünf hoch­ka­rä­ti­ge wis­sen­schaft­li­che Insti­tu­tio­nen aus Indi­en am LAR­GECELLS-Pro­jekt teil. Die indi­schen For­scher wer­den im Bereich der Ent­wick­lung neu­er Mate­ria­li­en und Out­door-Tests sehr eng mit ihren EU-Kol­le­gen koope­rie­ren. Dar­über hin­aus ist ein inten­si­ver Aus­tausch von Wis­sen und Per­so­nal vor­ge­se­hen: Wis­sen­schaft­ler und Stu­den­ten auf bei­den Sei­ten wer­den ihre Kol­le­gen aus dem ande­ren Kon­sor­ti­um regel­mä­ßig besu­chen und so für einen opti­ma­len Wis­sens­aus­tausch und für wich­ti­ge Syn­er­gien in der For­schungs­ar­beit sor­gen. Das indi­sche Kon­sor­ti­um wird sepa­rat vom indi­schen Wis­sen­schafts­mi­ni­ste­ri­um finanziert.

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