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Organische und gedruckte Elektronik
Trends zum Thema "Organische und gedruckte Elektronik" auf Fachkongress LOPE-C
Frankfurt am Main (pts/29.10.2008/13:30) - Als Stromquelle für mobile Computer eignen sich organische Solarzellen schon heute. Damit sie in Zukunft auch auf Dächern und Häuserfassaden zum Einsatz kommen können, suchen die Hersteller nach Wegen, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der photovoltaischen Kleinkraftwerke zu erhöhen. Aktuelle Trends und neueste Entwicklungen in diesem Bereich werden vom 23. bis 25. Juni 2009 auf der LOPE-C in Frankfurt am Main zu sehen sein.
An Energie mangelt es der Erde nicht. Schließlich schickt die Sonne in 30 Minuten mehr Energie auf den Planeten als alle Menschen gemeinsam in einem Jahr verbrauchen. Auch der Platz, um diese Strahlen einzufangen, ist im Überfluss vorhanden, da sich selbst in dicht besiedelten Städten Hausdächer und Gebäudefassaden als nutzbare Flächen anbieten. Dennoch lässt sich die Sonnenenergie bislang an dieser Stelle kaum nutzen, weil herkömmliche Solarzellen aus Silizium nur mit hohem Aufwand zu integrieren und in der Herstellung zu kostspielig sind.
Organische Solarzellen können dieses Dilemma lösen. Sie bestehen aus einer leichten und biegsamen Trägerfolie, die mit Kunststoffen, so genannten "Polymeren", bedruckt werden. Da sich Polymere in Flüssigkeiten lösen und in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung isolierende, halbleitende oder leitende Eigenschaften bieten, eignen sie sich dazu, elektronische Bauelemente wie Transistoren, organische Leuchtdioden (OLEDs) oder Photozellen in kontinuierlichen Druckprozessen äußerst preiswert herzustellen. (-> Hintergrundinformationen).
"Die organische Photovoltaik hat das Potential, in wenigen Jahren für Kosten von weniger als 50 Eurocent pro Wattpeak produziert zu werden", sagt Christoph Brabec, Chief Technology Officer der US-Firma Konarka Technologies Inc. Mit Wattpeak (Wp) wird die abgegebene Spitzenleistung von Photovoltaikzellen bei der maximal möglichen solaren Einstrahlung bezeichnet. "Damit wäre die organische Photovoltaik wesentlich günstiger als vergleichbare Technologien."
Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt
Der Herstellungsprozess für gedruckte Solarzellen gleicht dem klassischen Massendruck im Rolle-zu-Rolle Verfahren. Hier wird beispielsweise ein Endlos-Papier von einer Rolle abgewickelt, beim Lauf durch mehrere, mit Tinte benetzte Walzen bedruckt und schließlich auf eine zweite Rolle aufgewickelt. "Für gedruckte Solarzellen stehen analoge Verfahren kurz vor der Serienreife", sagt Brabec. "Dabei arbeiten wir typischerweise mit Folienbreiten von bis zu 66 Zentimetern. Die Länge der Produktionsdurchläufe kann bis zu einigen hundert Metern betragen." Im Oktober 2008 hat Konarka die nach eigenen Angaben weltweit größte Fabrik für druckbare Solarzellen in New Bedford, Massachusetts, eröffnet. Pro Jahr sollen hier in Zukunft Zellen mit einer Gesamtkapazität von einem Giga-Wattpeak von der Rolle laufen. Eine Leistung, die dem 1,5 fachen der Leistung eines typischen Steinkohlekraftwerkes entspricht.
Ihre Praxistauglichkeit haben die biegsamen Leichtgewichte inzwischen beim US-Militär und den Gehäusen von mobilen Kommunikationsgeräten unter Beweis gestellt. Im zivilen Alltag sollen sie daher schon bald auch die Akkus von Mobiltelefonen, Notebooks oder MP3-Playern kontinuierlich mit Strom versorgen und die Betriebszeiten der Geräte damit auch fernab jeder Steckdose ins Unendliche verlängern. In Zukunft sollen gedruckte Solarzellen aber auch auf Hausdächern und Gebäudefassaden zum Einsatz kommen, wo der Strom in großen Mengen erzeugt und anschließend in öffentliche Netze gespeist werden kann.
Die Organic Electronics Association (OE-A), die als Arbeitsgemeinschaft des Verbandes deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) und mit mehr als 100 Mitgliedsunternehmen die gesamte Wertschöpfungskette der organischen und gedruckten Elektronik repräsentiert, hat bereits eine Anwendungs- und Technologie-Roadmap erstellt. Diese sieht vor, dass photovoltaische Solarzellen für Hausfassaden, aber ohne Netzeinspeisung ab 2010 erhältlich sein werden. Entsprechende Modelle mit Netzeinspeisung wiederum sollen ab 2015 erhältlich sein.
Die Hersteller müssen bis dahin vor allem zwei Herausforderungen meistern: die Lebensdauer der Module sowie die Effizienz der Stromerzeugung deutlich erhöhen. Beide Kenngrößen hängen vor allem von der Prozesstechnik sowie von der Qualität und vom Zusammenspiel der Systemkomponenten Folie und Tinte ab.
Wirkungsgrade von sieben Prozent
Zurzeit liegt der Wirkungsgrad der organischen und gedruckten Solarmodule im Massendruck bei rund drei Prozent. Das bedeutet: Um eine Schreibtischlampe mit 60 Watt zum Leuchten zu bringen, muss das Sonnenlicht auf eine verhältnismäßig große Modulfläche von rund zwei Quadratmetern fallen. Diese Fläche entspricht einem durchschnittlichen Zimmerfenster.
Forschungseinrichtungen und Hersteller arbeiten daher daran, den Wirkungsgrad organischer Solarzellen mittelfristig mehr als zu verdoppeln. So haben die Kooperationspartner IMEC (Belgien) und Plextronics Inc. (USA) angekündigt, bis zum Jahr 2012 Module mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von sieben Prozent bei einer Lebensdauer von fünf Jahren zu entwickeln.
"Die größte Herausforderung bei der Entwicklung solcher Hochleistungsmodule besteht darin, die absorbierenden und die elektrisch leitenden Materialien zu optimieren", erklärt Jim Dietz, Vice President of Business Development bei Plextronics, "Bei Tandem-Modulen, bei denen zwei Zellen aus unterschiedlichen Materialien übereinander geschichtet werden, bekommen wir es sogar mit einem neuen Grad an Komplexität zu tun."
LOPE-C zeigt Trends und Technologien
Weitere Trends zum Thema "Organische und gedruckte Elektronik" werden auf der LOPE-C, Large-area, Organic & Printed Electronics Convention, zu sehen sein, die als Konferenz mit begleitender Ausstellung vom 23. bis 25. Juni 2009 im Congress Center der Messe Frankfurt am Main stattfindet. Auf Einladung der OE-A treffen sich bei dieser Weltpremiere Experten aus Wirtschaft und Wissenschaft, um sich über die Chancen, Produkte und Entwicklungen in der organischen und gedruckten Elektronik auszutauschen.
Hintergrund: Organische und gedruckte Elektronik
Die organische und gedruckte Elektronik eröffnet ein völlig neues Anwendungsspektrum unterhalb der Siliziumtechnik, da sie die kostengünstige Herstellung dünner, leichter und flexibler Bauelemente ermöglicht.
Sie basiert auf einer Kombination von
* Techniken, die eine großflächige, hochvolumige Beschichtung und Strukturierung erlauben, und von
* Kunststoffmolekülen, die auf eine leichte und biegsame Trägerfolie geschichtet werden und in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung isolierende, halbleitende oder leitende Eigenschaften aufweisen. Meist sind diese Materialien organischer, manchmal anorganischer Natur.
Die Kunststoffe können aus großen Molekülketten ("Polymeren") oder "kleinen" Molekülen bestehen. In der Art und Weise, wie sie im Herstellungsprozess der elektrischen Bauteile verarbeitet werden, weisen sie allerdings Unterschiede auf. Kleine Moleküle werden in der Regel in einem Vakuumprozess aufgedampft. Polymere dagegen werden in Massendruck-Verfahren aufgebracht, da sie sich in Flüssigkeiten lösen lassen und es erlauben, elektronische Bauteile Schicht für Schicht, sehr preiswert aufzubauen.
Die organische und gedruckte Elektronik eignet sich damit zum Beispiel zum Bau von
* Gedruckten Transistoren, die als Radio Frequency Identification (RFID)-Etiketten in der Warenlogistik zum Einsatz kommen
* Organischen Leuchtdioden (OLED), die Licht aussenden
* Organischen Photovoltaikzellen, die Licht absorbieren und in elektrische Energie umwandeln
* Flexiblen Batterien, um mobile Geräte mit Strom zu versorgen
* Gedruckten Sensoren, die Umweltparameter wie Helligkeit, Druck, Temperatur oder Feuchtigkeit messen
* Organischen Datenspeichern, die digitale Informationen speichern
* Flexiblen Displays für elektronische Bücher oder SmartCards
* Gedruckten Einweg-Messgeräten für die medizinische Diagnostik
Sollten Sie weitere Fragen zu dem Thema "Organische und gedruckte Elektronik" oder "LOPE-C", dann richten Sie Ihre redaktionelle Anfrage bitte an:
Hartmut Kowsky-Kawelke
Tel. +49 (0) 208 62 50 796
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(Ende)
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