Umweltfreundliche organische Solarzellen

Solarzellen auf Basis von organischen Halbleitern bieten zahlreiche Vorteile: Sie sind mechanisch flexibel und leicht, bieten ein hohes Maß an Designfreiheit und sind überdies in beliebigen Farben und Formen herstellbar. Damit eignen sich organische Solarzellen für mobile Anwendungen und die Integration in Fassaden, vielfältige Verschattungen oder sogar Fenster.

Stand der Technik

Organische Solarzellen werden oft mittels Druck- und Beschichtungsprozessen im großtechnischen Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt. Die zur Herstellung von Halbleitertinten notwendigen Lösemittel sind jedoch oft giftig oder umweltunverträglich.

Technologie

Forschende des Lichttechnischen Instituts (LTI) am KIT haben deshalb nach einem Ansatz gesucht, der ohne giftige Lösungsmittel auskommt. Anstatt die organischen Halbleiter für die Herstellung der Halbleitertinte aufzulösen, werden sie in Form von Nanopartikeln in Alkohol oder anderen ungiftigen Medien dispergiert. Die größte Herausforderung stellt dabei die Stabilisierung der Nanopartikel im Dispersionsmedium dar. Ohne weitere Maßnahmen würden die Nanopartikel mit der Zeit aneinanderhaften und aus der Dispersion ausfallen. Um dies zu verhindern, mischen die Forschenden eine weitere Verbindung zur elektrischen Aufladung der Nanopartikel in die Dispersion ein. Mit dieser elektrischen Dotierung wird erstmals eine gezielte elektrostatische Stabilisierung der eingebrachten Nanopartikel erreicht, ohne die elektronische Funktion der späteren Halbleiterschichten negativ zu beeinflussen.

Vorteile

Das neuartige Verfahren des KIT zur Stabilisierung der Halbleiternanopartikel in druckbaren Tinten ermöglicht zum einen die umweltfreundlichere Produktion, zum anderen erweitert es die Bandbreite an verfügbaren organischen Halbleitern in Druck- und Beschichtungsprozessen. Das Verfahren wird kontinuierlich weiter optimiert, um zukünftig noch mehr Halbleiter prozessieren zu können und damit das Anwendungsspektrum auf weitere Bauelemente auszuweiten, wie beispielsweise organische Leuchtdioden oder auch gedruckte Elektronik im weitesten Sinne.

Optionen für Unternehmen

Die Herstellung von organischen nanopartikulären Halbleitertinten für den Druck von umweltfreundlichen Solarzellen ist serientauglich. Zur industriellen Anwendung sucht das KIT Unternehmen für die Skalierung des Herstellungsprozesses und die Nutzung der nanopartikulären Halbleitertinten.