Forscher des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) haben gemeinsam mit ihren Partner eine funktionierende organische Solarzelle auf recyceltem Material hergestellt. Dabei geht es darum, die Halbleiterschicht auf einem Recyclingmaterial aufzubringen, die auch bei anderen organischen Solarzellen eingesetzt wird. In diesem Falle haben die Forscher die erste funktionierende organische Solarzelle auf einem recycelten Polypropylensubstrat hergestellt, wie Projektkoordinator John Fahlteich erklärt.
Alte Getränkebeutel verwendet
Das Polypropylensubstrat wiederum stammt aus einem wiederverwertbaren Getränkebeutel, das die Wissenschaftskollegen vom Franuhofer IVV und dem Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites (IPC) im französischen Bellignat kreiert haben. Dieses wurde mit neuem Polypropylen gemischt, um eine Substatfolie für gedruckte Elektronik und Solarzellen mit einem Recyklatanteil von 50 Prozent herzustellen.
Transparente Elektrode aufgesputtert
Am Fraunhofer FEP wurde für die gedruckte Elektronik noch eine transparente Elektrode aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) über Rolle-zu-Rolle-Vakuumbeschichtung mit speziell angepassten Prozess- und Wickelparametern aufgebracht. Die Forscher nutzten dazu das Magnetronsputterverfahren. Hier werden wie beim normalen Sputtern Atome des Halbleitermaterials auf das Trägersubstrat durch Beschuss mit Ionenstrahlen aufgebracht. Doch beim Magnetronsputtern wird in der Nähe des Trägersubstrats parallel dazu gerichtetes Magnetfeld und senkrecht dazu ein elektrisches Feld aufgebaut. Die Elektronen des Elektrodenmaterials werden dadurch in der Nähe des Substrats zu einer spiralförmigen Bewegung entlang der Oberfläche gezwungen. Dadurch werden mehr Ionen erzeugt und diese vor allem auf einen konkreten Bereich in der Nähe der Substratoberfläche konzentriert. Auf diese Weise können sehr effektiv Elektroden mit einer Dicke von wenigen hundert Nanometern aufgebracht werden.
Fünf Prozent Effizienz und mehr sind möglich
Das Ergebnis sei beeindruckend, betonen die Wissenschaftler. Denn trotz der im Substrat verwendeten Recyklate wies die ITO-Elektrode fast den gleichen Schichtwiderstand auf, der auch auf unbehandelten Foliensubstraten von herkömmlichen organischen Solarzellen erreicht wurde. Die eigentliche Halbleiterschicht wurde dann von Entwicklern von Organic Electronics Technologies (OET) in Griechenland aufgetragen. Mit dem Substrat, das zu 50 Prozent aus recyceltem Material besteht, haben sie zwar erst eine Effizienz von einem Prozent erreicht. Doch entscheidend ist, dass das Prinzip funktioniert. „Doch der Wirkungsgrad von etwa einem Prozent reicht bereits aus, um eine breite Palette von intelligenten Einwegverpackungen mit ausreichend elektrischer Energie zu versorgen“, beschriebt Vasileios Kyriazopoulos, Projektleiter bei OET, das Ziel, das mit der organischen Solarzelle erreicht werden soll. „Derzeit können organische Solarzellen auf handelsüblichen Substraten einen Wirkungsgrad von über acht Prozent erreichen.“
Verpackungen, Zeitschriften und Elektrogeräte versorgen
Doch auch die organischen Solarzellen auf recyceltem Material können durchaus fünf Prozent Wirkungsgrad und mehr erreichen, ist sich Kyriazopoulos sicher. Das reicht aus. Denn die im Projekt hergestellten Solarzellen sollen intelligente Verpackungen mit flexibler Elektronik und einer Energiequelle ausgestattet werden. Denkbar wären dann auch Produkte wie interaktive Zeitschriften oder auch Elektronikgeräte, die mit Sonnenenergie angetrieben werden. Mit einer organischen Solarzelle auf recyceltem Material werden diese Produkte mit Strom versorgt und nun einen Teil umweltfreundlicher. (su)
