LARGECELLS

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Sonnige Zukunft für Strom aus organischen Photovoltaikzellen (OPV)

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 der anorganischen Photovoltaik-Elemente z.B. aus kristallinem Silizium einen hohen Energie- und Kostenaufwand. Darüber hinaus ist der Einsatz von giftigen bzw. seltenen Erden wie Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (CdTe) oder einer Kombination aus Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen (CIS) bei der Herstellung von Solarzellen problematisch.

Eine Alternative stellt die organische Photovoltaik (OPV) dar. Diese Technologie, welche die Umwandlung von Sonnenenergie mithilfe von organischen Materialien wie Polymeren ermöglicht, ist von der Produktion über die Installation bis zum Recycling ressourceneffizient. Anders als bei anorganischen Halbleitern werden in organischen Materialien unter Lichteinfall Elektron-Loch-Paare erzeugt, die zunächst getrennt und zu den Elektroden abtransportiert werden. Die „Polymersolarzellen“ werden auf ein Trägermaterial (in diesem Fall auf Kunststofffolien) mit einem Roll-to-Roll-Prozess aufgedruckt und anschließend versiegelt. So lassen sie sich günstig, schnell und energieeffizient produzieren. Darüber hinaus sind sie leicht und flexibel einsetzbar - diese Merkmale prädestinieren sie für Anwendungen auf unebenen Flächen.

Bis dato scheitert die großflächige Anwendung der neuen Technik an ihrer vergleichsweise niedrigen Effizienz. Wenig erforscht sind bislang auch die Langzeitstabilität und Degradationsmechanismen polymerer Materialien, was ihren praktischen Einsatz erschwert.

Das Projekt LARGECELLS hat sich zum Ziel gesetzt, kostengünstige und umweltfreundliche OPV-Lösungen zu entwickeln, die überall und flexibel einsetzbar sind. Voraussetzung hierfür ist eine deutliche Verbesserung der Effizienz und Langzeitstabilität der OPV-Technik, was die Forscher im Rahmen des von der EU geförderten Projektes erreichen möchten.

Steckbrief

Projektziele und Arbeitsfelder

Das Ziel von LARGECELLS (Large-area Organic and Hybrid Solar Cells) ist die Entwicklung von neuen polymerbasierten Funktionsmaterialien für organische Photovoltaikzellen (OPV). Schließlich sollen diese OPV-Zellen eine Verdopplung der aktuell (Stand 2010) erreichbaren Effizienz für die Energieumwandlung aus Licht zum Strom aufweisen. Vier Ansätze sollen zum Ziel führen:

  • Entwicklung von rein organischen Systemen sowie Hybridmaterialien aus organischen und anorganischen Substanzen mit verbesserter Bandlücke
  • Entwicklung von optimierten Donor-Akzeptor-Systemen durch die Kontrolle der Morphologie der polymeren Schichten
  • Untersuchung der Langzeitstabilität und Degradationsmechanismen der neuen Photovoltaik durch In- und Outdoor-Tests mittels beschleunigter Alterungsverfahren
  • Einsatz eines neuen und hochmodernen Herstellungsverfahrens auf Basis von Roll-to-Roll-Prozessen für eine großflächige Anwendung der Photovoltaik-Technik

Zielgruppe

Die Projektergebnisse aus LARGECELLS sind für folgende Akteure von Bedeutung:

  • Wissenschaftliche Gemeinschaft in den Bereichen Erneuerbare Energien, Photovoltaik, (Polymer-)Chemie, Physik und Produktion
  • Akteure im Bereich der Energieversorgung und der Architektur
  • Politische Entscheidungsträger
  • Interessierte Öffentlichkeit

Durch wissenschaftliche Publikationen, die Teilnahme an Fachkonferenzen, die Organisation von regelmäßigen Workshops und die Erstellung öffentlichkeitswirksamen Informationsmaterials informiert das LARGECELLS-Konsortium alle betroffenen Akteure über die Projektergebnisse.

BayFOR als Partner

Prof. Dr. Mukundan Thelakkat, Professor für Angewandte Funktionspolymere an der Universität Bayreuth, ist der Koordinator des Projekts LARGECELLS.

Dr. Panteleïmon Panagiotou, Fachreferatsleiter bei der BayFOR, ist für das Projektmanagement von LARGECELLS zuständig und wird von Projektmanagerin Meike Dlaboha tatkräftig unterstützt.

Zu den Projektmanagement-Tätigkeiten zählen die Einhaltung der Vertragsvorgaben, das finanzielle und organisatorische Management sowie die Organisation der projektinternen Kommunikation.

Im Rahmen des Work Package „Dissemination“ verantwortet die BayFOR auch die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit für LARGECELLS. Darüber hinaus übernimmt die BayFOR Aufgaben zur nutzerfreundlichen Aufbereitung der wissenschaftlichen Projektergebnisse und deren Kommunikation an die entsprechenden Nutzergruppen. Dazu gehört beispielsweise die Organisation von lokalen Informationsveranstaltungen.

Laufzeit und Förderung

Das Projekt LARGECELLS lief von 1. September  2010 bis 31. August 2014. Das Gesamtbudget betrug 3,2 Mio. Euro. Im Rahmen des 7. Forschungsrahmenprogramms der EU wurde das Projekt mit 1,64 Mio. Euro gefördert. Das an LARGECELLS beteiligte indische Konsortium wurde separat vom „Department of Science and Technology“ (Förderabteilung im Wissenschaftsministerium) aus Indien finanziert.

Konsortium

Das LARGECELLS-Konsortium, geleitet von Prof. Dr. Mukundan Thelakkat, Professor für Angewandte Funktionspolymere an der Universität Bayreuth, setzt sich aus sechs Institutionen aus Deutschland, den Niederlanden, Dänemark und Israel zusammen. 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 arbeiten im Bereich der Entwicklung neuer Materialien und Outdoor-Tests sehr eng mit ihren EU-Kollegen zusammen. 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.

Die beteiligten Partnerinstitutionen sind:
Universität Bayreuth, Deutschland
Technische Universität Eindhoven, Niederlande
Technical University of Denmark – National laboratory for sustainable energy, Dänemark
Mekoprint Electronics, Dänemark
Ben-Gurion University of the Negev, Israel
Bayerische Forschungsallianz

Weitere Informationen

Projektpartner LARGECELLS

Kontakt in der BayFOR

Dr. Panteleimon Panagiotou

Dr. Panteleimon Panagiotou
Fachbereichsleiter Informations-/Kommunikationstechnologien |
Natur- & Ingenieurwissenschaften
Tel.: +49 (0)89 9901888-130
E-Mail: panagiotou@no-spam-pleasebayfor.org

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