Das Projekt "Teilprojekt 3: Entwicklung von Druckpasten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Pröll KG durchgeführt. Farbstoffsolarzellen lassen sich kostengünstig mit Drucktechnologien des Siebdrucks herstellen. Dabei werden nanoskalige Werkstoffe auf das Substrat (meist Glas, in einigen Fällen auch Folien) aufgebracht. Die Technik der Farbstoffsolarzellen stellt hohe Anforderungen an die benötigten TiO2-, ZrO2-, und Platin-Druckpasten sowie Glaslotpasten. So müssen die Verlaufseigenschaften (Substratbenetzung, Entschäumung und Oberflächenverlauf), die Thixotrophie und die Trocknungseigenschaften optimal eingestellt sein. Im Rahmen dieses Projekts werden Druckpasten entwickelt, die diesen Anforderungen genügen. Durchzuführende Arbeiten: a) Analyse und Identifikation aktueller und zukünftiger Trends im Innovationsfeld Photovoltaik, b) Ausarbeitung produkt- und dienstleistungsspezifischer Anwendungsspezifikationen einschließlich betriebswirtschaftlicher und nachhaltigkeitsspezifischer Rahmenbedingungen für die Realisierung von Farbstoffzellenanwendungen, c) Entwicklung von TiO2-, ZrO2- und Platin-Druckpasten sowie Glaslotpasten, die den Anforderungen an Umweltverträglichkeit genügen. Entwicklung eines serienreifen Verfahrens zur Produktion von Farbstoffsolarzellen.
Das Projekt "Erforschung von Cobalt-basierten Elektrolyten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Merck KGaA durchgeführt. Im Projekt sollen neuartige Elektrolyte zur Verwendung in Farbstoffsolarzellen entwickelt werden. Die Elektrolyte gehen deutlich über den Stand der Technik hinaus und tragen wesentlich zur Erreichung der angestrebten Rekordeffizienz von 15Prozent in der Einzelzelle und der Langzeitstabilität bei. Die Elektrolyte werden gezielt auf die im Projekt entwickelten neuartigen Kupfer-Redoxsysteme sowie die Absorbermaterialien abgestimmt. Vielversprechende Elektrolyte werden aufskaliert und den Partnern für Tests in großflächigen Modulen zur Verfügung gestellt. - Entwicklung und Herstellung neuer Kupferkomplexe - Entwicklung und Charakterisierung von neuartigen Elektrolyten (Gen0 - Gen3) in Abstimmung auf den jeweils verwendeten Redoxmediator und Farbstoff - Bestimmung und Interpretation der Zellkinetiken - Aufskalierung des Gen3 Kupferkomplexes und des entsprechenden Elektrolyten - Investition gesamt (Merck): 54 MM Personal.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Leitvorhaben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation durchgeführt. Die Ziele des Vorhabens gliedern sich wie folgt: 1. Weiterentwicklung der Farbstoffsolarzellentechnologie zur Erreichung einer verbesserten energetischen Amortisationszeit, zur Verbreitung bestehender und zur Erschließung neuer Anwendungsfelder. Damit sollen deutliche Umweltentlastungen erzielt, neue Märkte und Arbeitsplätze geschaffen und mit Blick auf Anwendungen in Entwicklungsländern entwicklungspolitische Ziele einer nachhaltigen Entwicklung erreicht werden, 2. Entwicklung eines ressourceneffizienten Produktionsverfahrens unter Verwendung umwelt-freundlicher Chemikalien basierend auf der Siebdrucktechnik, 3. Entwicklung von Anwendungsszenarien für die Anwendung von Farbstoffsolarzellen auf Fassaden, für netzunabhängige Anwendungen und für mobile Sensoren für die Umwelttechnik, 4. Erhöhung der Richtungssicherheit der Entwicklungen im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung durch Umweltwirkungsabschätzungen sowie die Ermittlung wirtschaftlicher und entwicklungspolitischer Potenziale; 5. Entwicklung von Gestaltungskonzepten für eine umweltgerechte Produktentwicklung (z. B. recyclinggerechte Konstruktion und Herstellung). Geplante Forschungsarbeiten und Arbeitsprogramm: Das Vorhaben umfasst drei Hauptteile: Im Mittelpunkt steht die kooperative Technologieentwicklung von Farbstoffsolarzellen in der Zusammenarbeit maßgeblicher Unternehmen der zukünftigen Wertschöpfungskette, wissenschaftlicher Einrichtungen und relevanter Verbände und Transferpartner. Die konkrete Technologie- und Marktentwicklung wird durch eine Innovations- und Technikanalyse unterstützt, in der Technologie- und Produkt-Roadmaps erarbeitet, Lebenszyklusanalysen durchgeführt und die Erfolgsfaktoren der Produktinnovation in der Solarwirtschaft herausgearbeitet werden. Der dritte Teil schließlich umfasst Maßnahmen zum Ergebnistransfer. Die Ergebnisse dieser drei Blöcke sind eng verzahnt und werden wechselseitig genutzt, so dass hohe Synergieeffekte erzielt werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung von hoch effizienten rot-grün Absorbern der zweiten Generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Organische Chemie II und Neue Materialien durchgeführt. Ziel und Innovation dieses Teilvorhabens ist die Synthese, Charakterisierung und Anwendung neuer, technologisch relevanter organischer Halbleiter und Farbstoffe, die stark im rot-grünen Bereich absorbieren und optimal auf die Blau- und Rotabsorber der Heliatek angepasst sind. Damit sollten sich in aus Hochvakuum abgeschiedenen Einzel- und Multischicht-Solarzellen weiter verbesserte Energieeffizienzen mit größer als 8% bzw. größer als 12% erzielen lassen. Diese starken rot-grün Absorber basieren auf dem an der Universität Ulm in langjähriger Zusammenarbeit mit der Heliatek und dem Institut für angewandte Photophysik in Dresden entwickelten Materialkonzept der Akzeptor-substituierten Oligothiophene (ADA-Oligothiophene). Im derzeit noch laufenden BMBF-Verbundvorhaben LOTsE wurden in enger Kooperation mit der Heliatek auf Basis des neuen Strukturkonzepts der S,N-Heteroacene weiter verbesserte ADA-Oligothiophene der zweiten Generation entwickelt, die sich sofort als technologisch relevant herausgestellt haben. In diesem Teilvorhaben sollen nun die S,N-Heteroacene durch systematische strukturelle Änderungen weiter vor allem für die Verwendung in Tripelzellen optimiert und der technologischen Anwendung noch näher gebracht werden. Ziel innerhalb dieses Arbeitspaketes ist es nun, die neue Leitstruktur der S,N-Heteroacene systematisch so zu verändern und fein abzustimmen, dass die in diesem Arbeitspaket geplanten Serien neuer Derivate zu produktrelevanten Fortschritten bezüglich des Wirkungsgrads und der Langzeitstabilität von Einzel- und Mehrfachzellen beitragen und gleichzeitig unzersetzt, rückstandsfrei und bei möglichst niedrigen Temperaturen sublimieren und vakuumprozessierbar sind. Dies sind sehr hohe Anforderungen an die organischen Halbleiter, und wir wollen deshalb sehr systematisch und in kleinen Schritten die Strukturen ändern und sie jeweils in ca. 200 mg-Mengen Heliatek zur Testung zur Verfügung stellen.
Das Projekt "Entwicklung von Anwendungsfeldern für Farbstoffsolarzellen (Im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme Innovationen als Schlüssel für Nachhaltigkeit in der Wirtschaft)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation durchgeführt.
Das Projekt "Entwicklung neuartiger Elektrolyte für Farbstoffsolarzellen hoher Langzeitstabilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Merck KGaA durchgeführt. Entwicklung neuartiger Elektrolyte auf der Basis von ionischen Flüssigkeiten zur Verwendung in Farbstoffsolarzellen. Aufskalierung und Bereitstellung für die Partner. Die Elektrolyte gehen deutlich über den Stand der Technik hinaus und sollen wesentlich zur Erreichung der Gesamtziele: Langzeitstabilität, Effizienzen von mind. 10 Prozent und Wirtschaftlichkeit beitragen. AP 1.2: Synthese, Aufreinigung, Charakterisierung und Auswahl von binären ionischen Flüssigkeiten / Elektrolytsystemen verschiedener Generationen: GEN0-GEN2. Weitergabe von 2-3 erfolgversprechenden Systemen an die Partner für Testzwecke. AP4.1: Entwicklung von Konzepten zur Aufskalierung von ausgewählten Elektrolytsystemen zur Befüllung von Demonstratorzellen. AP5/AP7: Untersuchungen zu Anwendungsfeldern und Transfer der Projektergebnisse in Forschung und Praxis. Ressourcen Merck investiert insgesamt 81 MM Personal. Aufbau einer Produktion und Geschäftes mit Elektrolyten und Mischungen auf der Basis von ionischen Flüssigkeiten am Standort für Farbstoffsolarzellen.
Das Projekt "Duale Sonnenenergienutzung: Solarstromspeicherung durch Wasserstofferzeugung bei der Abwasserreinigung -Teilprojekt: 'Mechanistische Untersuchungen zur photokatalytischen Wasserstofferzeugung und zum Schadstoffabbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Technische Chemie durchgeführt. Ziel dieses Antrags ist die Realisierung einer photoelektrochemischen Tandemzelle (PETZ) mit 2-Kammern im Labormaßstab, die mit Sonnenlicht photokatalytisch Abwässer aufreinigt und simultan Wasserstoff produziert. Dadurch werden sowohl der erneuerbare Energieträger Wasserstoff generiert als auch gleichzeitig hoch akute Umweltprobleme adressiert. An der Justus Liebig Universität Giessen (JLU) werden schichtförmige Metalloxide mittels Sol-Gel-Methoden hergestellt. Anschließend werden sie hinsichtlich ihrer photokatalytischen und photoelektrochemischen Eigenschaften untersucht, wobei die aktivsten Pulver bei H.C. Starck GmbH (HCST) mit optimierter Morphologie im 500g-Maßstab hergestellt werden. An der Leibniz Universität Hannover (LUH) werden die Reaktionsmechanismen der Wasserstoffbildung und des Schadstoffabbaus an den Materialien von JLU und HCST näher untersucht. Die Effizienzwerte sowie die mechanistischen Erkenntnisse werden an JLU und HCST als Grundlage für weitere Optimierungen weitergegeben. Die Helmut Schmidt Universität Hamburg (HSU) verwendet die Pulver von HCST zum Kaltgasspritzen von Elektroden, die an der JLU photoelektrochemisch und an der LUH mechanistisch charakterisiert werden, im Vergleich zu direkt aus den schichtförmigen Materialien hergestellten Photoelektroden. HSU gibt die Ergebnisse auch an Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) weiter. DLR erstellt basierend auf den Ergebnissen von HSU, LUH und JLU Entwürfe und Konstruktionen skalierbarer Photoreaktoren. JLU konstruiert eine photoelektrochemische 2-Kammer-Messzelle zur Wasserstofferzeugung bei simultaner Abwasserreinigung im Labormaßstab.
Das Projekt "Industrieorientierte Entwicklung und Implementierung von Zellkonzepten und effizienten Materialien für Farbstoffsolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von tesa SE durchgeführt. Gesamtziel des Vorhabens ist, zukünftig die industrielle Herstellung von sehr kostengünstigen Farbstoffsolarzellen zu ermöglichen. Im Teilvorhaben 'Flexible Substrate' soll mit einem permeationssperrenden Folienaufbau sowie einer für die Rolle-zu-Rolle Fertigung geeigneten Versiegelungslösung eine wesentliche Voraussetzung für das Erreichen des Gesamtziels hinsichtlich Kosten und Lebensdauer entwickelt werden. Dazu gehört auch das Aufbringen elektrisch leitfähiger Strukturen auf das flexible Substrat. Flexibles Substrat: a) dicke anorganische Monoschicht auf einer flexiblen Polymerschicht, b) Lamination bekannter und marktverfügbarer Barrierefolien aus dem Verpackungsbereich. Transparent leitfähige Elektrode: Ersatz von Indium-Zinnoxid durch intrinsisch leitfähiges Polymer. Zellversiegelung: a) vernetzende Haftklebersysteme, b) reaktive Schmelzkleber. Hohes Nachfragepotential für kostengünstiges flexibles Substrat und Versiegelung beschränkt sich nicht nur auf Farbstoffsolarzellen, sondern umfasst auch weite Bereiche der gedruckten Elektronik. Absatzerwartung: nach 2 Jahren: Prototypen Roll-to-Roll; nach 5 Jahren: 100.000 m2; nach 10 Jahren: 1.000.000 m2
Das Projekt "Synthese und Charakterisierung von konjugierten Oligomeren mit Absorption im NIR-Bereich für langlebige und leistungsstarke Organischen Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Organische Chemie II und Neue Materialien durchgeführt. Ziel des Projektes ist die (Weiter-)Entwicklung und Herstellung von neuartigen organischen Farbstoffen, die einen größeren Teil des Sonnenlichtes vor allem im roten und nahinfraroten Spektralbereich stark absorbieren und gleichzeitig Halbleiter sind. Mit diesen Eigenschaften sind diese Materialien zum Einsatz in der Organischen Photovoltaik, einer neuen und preiswerten Zukunftstechnologie der regenerativen Energieerzeugung mit visionären Anwendungsmöglichkeiten, prädestiniert und sollen zu Organischen Solarzellen mit Wirkungsgraden über 10Prozent führen. Durch die Verwendung solcher synthetisch hergestellten molekularen Materialien wird die Organische Photovoltaik nachhaltig, weil sie unabhängig von verknappenden und teilweise hochgiftigen und deshalb ökologisch nicht vertretbaren Elementen, wie z.B. Cadmium, Tellur, Selen, Indium oder Gallium, die in anorganischen Dünnschichtsolarzellen Einsatz finden, ist. Die nur sehr geringe benötigte Materialmenge und deren energieschonende Herstellung führt zu einer sehr kurzen 'Energie-Rückzahlzeit' bei Organischen Solarzellen und im Gegensatz zu den etablierten Technologien zu einem stark verringertem Ausstoß des Treibhausgases CO2 bei der Herstellung.
Das Projekt "SusHy - Edelmetallfreie Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energiequellen - Sustainable Hydrogen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Industries AG durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von edelmetallfreien Katalysatoren für ein effizienzoptimiertes, photo-elektrochemisches Modul zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von Sonnenlicht als Energieträger. Hierbei soll ein Systemwirkungsgrad1 von Sonnenlicht zu Wasserstoff von mindestens 10 Prozent erreicht werden. Mit diesem Projekt wird ein wichtiger Beitrag zum Förderschwerpunkt geleistet, da im Erfolgsfall eine Möglichkeit zur regenerativen Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger bereitgestellt wird. Darüber hinaus wird die Abhängigkeit von Edelmetallen (z. B. Platin), die für die elektrochemische Herstellung von Wasserstoff derzeit als Katalysator verwendet werden, reduziert, indem diese durch neue Katalysatoren wie Metall(oxid)katalysatoren und auf Kohlenstoff basierenden Materialien substituiert werden. Hiermit kann sowohl die Abhängigkeit von Edelmetallimporten dauerhaft verringert, als auch die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft durch Senkung der Energie- und Materialkosten im Bereich der Wasserstofferzeugung durch erneuerbare Energien verbessert und somit die Umwelt nachhaltig entlastet werden.
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