Solarfolien für die Energiegewinnung an Glasfassaden

Organische Elektronik
22.07.2019
Erstellt von Heliathek GmbH und Photonik Forschung Deutschland

Glasfassaden könnten zur Stromerzeugung genutzt werden. Bisher werden sie jedoch aus ästhetischen oder finanziellen Gründen oft nicht mit Photovoltaik-Technologien ausgestattet. Unterstützt vom BMBF, hat das Forschungsprojekt TOP neue Materialien für eine bessere Nutzung des Sonnenlichts entwickelt.

Eine Hand hält ein dünne quadratische Glasscheibe von 20 auf 20 Zentimetern, auf der mehrere Streifen der dunkel getönten Solarfolie aufgebracht sind
Der Glas-Demonstrator mit einer Größe von 20 cm x 20 cm. Bild: Heliathek GmbH

Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts „Transparente organische Photovoltaik (OPV)-Glasfassade, (kurz: TOP) war es, semitransparente Solarfolien mit einer Transparenz von 15 bis 30 Prozent bei einer Effizienz von 8 bis 10 Prozent und eine dafür geeignete Verkapselung zu entwickeln. Das Konsortium bestand aus der CreaPhys GmbH, dem Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, der Heliatek GmbH und der Universität Ulm.

Das über drei Jahre angelegte TOP-Projekt adressierte das zentrale Thema der Energieversorgung in Deutschland und Europa. In Europa werden pro Jahr ca. 20 Millionen m² Glasflächen für Gebäudefassaden (Bürogebäude und öffentliche Einrichtungen) verbaut. Diese Flächen stehen damit für die alternative Energiegewinnung zur Verfügung, ohne dass dafür eigene Flächen benötigt oder verbaut werden müssten. Bisher sind diese Flächen mit konventioneller Photovoltaik nicht oder nur eingeschränkt nutzbar. Dimensionierbare Solarfolien, die sich einfach und großflächig integrieren lassen und als transparente Ausführung hergestellt werden können, sind eine attraktive Lösung z.B. für Fenster, Sonnenschutzverglasungen und Durchsicht-Fassaden.

Neue Materialien für die Solarfolien der Zukunft

An der Universität Ulm wurden im Projekt verschiedene Serien neuer Absorbermaterialien synthetisiert und weiterentwickelt, die zum einen verbesserte Lichtabsorptions-Eigenschaften und zum anderen eine erhöhte thermische Stabilität aufweisen, was für den Verarbeitungs-prozess sehr wichtig ist. 
Creaphys hat die Aufreinigung neuer Absorbermaterialien auf Basis eines Gasphasenprozesses erfolgreich gezeigt. Dabei wurde die Skalierbarkeit eines Bulkmaterials vorangetrieben. Zudem wurden Prozesse zur Aufreinigung weiterer neuer Materialien etabliert, welche absehbar in die nächste Stack-Generation der Solarfolie Einzug halten. Am Fraunhofer FEP erfolgten die Optimierung des semi-transparenten leitfähigen Top-Kontaktes sowie die Weiterentwicklung der Verkapselungstechnologie zum Schutz der Zellen vor eindringendem Wasserdampf.

Glasverkapselte Solarzellen halten bei 85 Grad Celsius über 10.000 Stunden

Unter Verwendung der neuen Absorbermaterialien (Uni Ulm, Heliatek) hat Heliatek eine organische Solarzelle mit einer Effizienz von 8% bei einer Transparenz von 17,6 Prozent entwickelt. Zusammen mit dem Partner Fraunhofer FEP konnte auch der proof-of-principle für einen Dünnschichtverkapselungs-Prozess mittels ALD-Verfahren (atomic layer deposition) gezeigt werden, welcher die Lebensdauerwerte der Solarfolien von über T95 (d. h. weniger als 5 Prozent Degradation) nach einer Zeit von 1.000 Stunden bei 85°C und 85 Prozent Luftfeuchtigkeit ermöglicht. Am Fraunhofer ISE wurde die Langzeitstabilität der Heliatek-Solarzellen detailliert untersucht. Bei 85°C sind die glasverkapselten Solarzellen über mehr als zehntausend Stunden stabil und auch UV-Licht führt zu keiner merklichen Degradation.

Am Ende des TOP-Projektes wurde ein Glas-Demonstrator mit einer Größe von 20 cm x 20 cm hergestellt.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte das Projekt im Rahmen der Förderinitiative „Organische Elektronik – Grundlagen der Technologie und Anwendungsszenarien“ von Juli 2015 bis Dezember 2018.

Weitere Informationen

Kurzvorstellung des Projekts
Förderinitiative „Organische Elektronik - Grundlagen der Technologie und Anwendungsszenarien“