Die Suche nach einer Lösung zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen führte Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zu den höheren Pflanzen. Photovoltaik ähnelt im Prinzip der von Pflanzen betriebenen Photosynthese: Lichtenergie wird absorbiert und in eine andere Form von Energie umgewandelt. Dabei hängt die Effizienz entscheidend davon ab, wie gut das Lichtspektrum des Sonnenlichts ausgenutzt werden kann und ob eine hohe Absorptionsleistung auch bei verschiedenen Einfallswinkeln des auftreffenden Lichts erreicht wird. Bei der Photovoltaik ist das Lichtspektrum des Sonnenlichts, das ausgenutzt werden kann, materialabhängig und damit begrenzt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten das äußere Abschlussgewebe verschiedener Pflanzen auf ihre optischen Eigenschaften und vor allem auf ihre Antireflexwirkung. Es zeigte sich, dass die Epidermis der Blütenblätter der Rose besondere Antireflexwirkungen mit einem breiten Absorptionsspektrum und hoher Einfallswinkeltoleranz aufweist. Diese Eigenschaften sind dafür verantwortlich, dass die Blütenblätter trotz unterschiedlicher Lichtverhältnisse starke Farbkontraste ausbilden und damit die Chance auf Bestäubung erhöhen. Auf der Epidermis wurde ein ungeordnetes Feld dicht gedrängter Mikrostrukturen und anscheinend zufällig platzierter Nanostrukturen entdeckt. Diese Oberflächenstrukturen wurden in einen transparenten Kleber umgesetzt, der nach der Aushärtung durch UV-Licht in eine organische Solarzelle integriert wurde. Durch die Integration der Oberflächenstrukturen erhöhte sich der Wirkungsgrad bei senkrechtem Lichteinfall um 12 Prozent (relative Steigerung). Bei sehr flachen Einfallswinkeln fiel die Effizienzsteigerung noch höher aus. Die Forscher führen die Steigerung vor allem auf die hervorragende richtungsunabhängige Antireflexwirkung der nachgebildeten Epidermis zurück. Aus den Ergebnissen kann eine Rohstoffeinsparung in der Nutzungsphase abgeleitet werden, da mit weniger Solarzellen ein vergleichbarer Energieertrag erzielt werden kann. Weiterhin leistet die Wirkungsgradsteigerung einen Beitrag zur effizienten Energieerzeugung.
Das Projekt "CIFAR Bio-Inspired Solar Energy: Coherence in the elementary processes of high-efficiency organic solar cells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Angewandte Photophysik, Professur für Optoelektronik durchgeführt. The key elementary step in organic solar cells is the separation of photogenerated excitons at the interface between donor and acceptor material. The most significant drawback of organic solar cells is the voltage loss which is involved in this step. Thus, it is of key importance to better understand the dynamics of this process. There are many parameters and sub-processes involved, e.g. the influence of the initial photogeneration energy, the detailed influence of the morphology at the interface, and the influence of relaxation into other paths like triplet states. Currently, organic solar cells based on thiophene derivates as donor absorbers deliver the highest efficiencies (12%, Heliatek) so far reported and see first commercialization. Nevertheless, the process of exciton separation is little investigated in particular in these small-molecule systems (much more work has been done for polymer solar cells). The topic of the investigation planned here is the influence of electronic and vibronic coherence on the process of exciton separation in high-efficiency small molecule solar cells.
Das Projekt "Teilvorhaben: Foundry 'Flächige Beschichtung' für effiziente, gedruckte Multi-Schicht OLEDs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren durchgeführt. Die TU Darmstadt verfolgt in 'PrintOLED II' das Ziel, den Tiefdruckprozess für dünne, homogene Schichten auf Basis kleiner Moleküle für organische, lichtemittierende Dioden (OLED) und organische Photovoltaikanwendungen (OPV) im VarioLab am Standort Heidelberg in Form eines Foundrys für 'Flächige Beschichtung' zu implementieren und zu optimieren. Dazu soll u.a. auch ein grundlegendes physikalisches Verständnis in Form eines angepassten Druckprozessmodells erarbeitet werden und durch Experimente und fertige Devices verifiziert werden. Zum Erreichen der Vorhabensziele wird das Projekt in die Anwendung für OLED (TP1) und OPV (TP2) unterteilt, wobei der Schwerpunkt weiterhin auf der Prozessierung von OLEDs liegt. TP1 sieht vor, die bisherigen Einzelprozesse im VarioLab zusammenzuführen (AP1.1) und an einer produktionsnahen Druckmaschine zu optimieren (AP 1.2). Ein Schwerpunkt wird auf das physikalische Verständnis des Druckprozesses und der Schichtbildung gelegt (AP 1.3), um die Erkenntnisse vorhersagbar auf andere Anwendungen bzw. Materialien und Maschinen zu übertragen und damit einen wichtigen Beitrag für das Foundry-Konzept 'Flächige Beschichtung' zu liefern. Für die Anwendung auf OPV müssen die Anforderungen genau definiert (AP 2.1) und die Erkenntnisse, die parallel für die Prozessierung von OLEDs gewonnen wurden und werden, auf Übertragbarkeit getestet werden (AP 2.2).
Das Projekt "Teilvorhaben: Druck- und Laminierprozesse zur Rolle-zu-Rolle Herstellung von OPV Elementen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Institut für Print- und Medientechnik durchgeführt. Ziel ist es, für die in die Demonstratormaschine zu integrierenden Druckwerke und Trocknungsaggregate einen zuverlässigen Prozess zu entwickeln. Zusätzlich soll eine Lösung für die Laminierung der erzeugten organischen Solarzellen gefunden werden. Es sollen zunächst im Labormaßstab Untersuchungen zum Druckstoffauftrag mittels Drucktechnologie erfolgen. Zusätzlich soll die Trocknung und Laminierung der aufgetragenen Schichten untersucht werden. Die erzielten Ergebnisse helfen bei der Parametrisierung des Druckprozesses, der Auswahl geeigneter Druckwerke und der anschließenden Umsetzung in die Demonstratormaschine bei 3D-MM. Die erzielten Ergebnisse können sowohl in Forschung als auch Lehre weiter verwendet werden. Durch das hierbei erworbene, neue Wissen können zukünftig in weiteren Feldern neue Projekte akquiriert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Prozesse und Anlagentechnik zur Rolle-Rolle Herstellung von OPV-Elementen (PARO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von 3D-MicroMac AG durchgeführt. Die Vorteile der organischen Photovoltaik (OPV) liegen insbesondere in der Möglichkeit, sie flexibel, großflächig, leicht sowie massenproduktionstauglich und preisgünstiger herzustellen als herkömmliche PV. OPV eignet sich wie auch andere organische Bauelemente zum Einsatz in mobilen Geräten und Anlagen. Gerade durch die Kombination von OPV, organischen Leuchtdioden (OLEDs), Polymerelektronik und Energiespeichertechnologien ergeben sich neue, auch mobile Anwendungsmöglichkeiten. Aufgrund des Potenzials, neue Funktionen wie Flexibilität und Transparenz zu ermöglichen, werden für den Markteintritt solcher Systeme insbesondere Anwendungen in den Bereichen Architektur, Life Science und Bekleidung gesehen. Das Vorhaben EPIO umfasst drei Module: Im Mittelpunkt steht die kooperative Technologieforschung an integrierten Systemen aus OPV, OLEDs, Polymerelektronik und Energiespeichertechnologie. In Modul eins erfolgt die Konzeption von Lösungen. Die Demonstration eines Produktionskonzeptes sowie die Erarbeitung von Systemlösungen sind Inhalt eines zweiten Moduls. Das dritte Modul umfasst schließlich Maßnahmen zur Sicherung der Innovationen. Es wird eingeschätzt, dass im Bereich Produktion von Equipment für die organische Photovoltaik es nach Projektende notwendig sein wird, die Kenntnisse zu vertiefen, die Maschinentechnik mit Blick auf industriekonforme Anwendungen weiter zu entwickeln und neue Applikationen zu eruieren. Danach wird ein Stadium erreicht sein, in dem das Marketing für industrielle OPV-Fertigungslinien mit Rolle-zu-Rolle-Prozess bzw. Rolle zu Sheet-Prozess beginnen kann und die zukünftig wesentlich zur Umsatzsteigerung beitragen werden, beginnen kann.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung DC-Elektronik, Skalierbarkeit, Steuerung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IST METZ GmbH durchgeführt. Ziel des MLD-LED Projektes ist die Entwicklung von neuen, erstmals auf UV-LEDs basierenden Modulen für die Versiegelung von organischer und gedruckter Elektronik bzw. von Organischer Photovoltaik (OPV) mit flexiblen Schutzlacken. Hierzu soll im MLD-LED Projekt die Strahlungsleistungdsdichte für luft- und wassergekühlte LED Module um Faktor 3, d.h. von 2 W/cm2 auf 6 W/cm2 (luftgekühlt) bzw. von 8 W/cm2 auf 25 W/cm2 (flüssiggekühlt), gesteigert werden. Ein weiteres Ziel ist der modulare Ansatz, der erstmals eine individuell an die industrielle Aufgabenstellung bzw. das Produkt angepasste Konfiguration und Skalierung der Hochleistung UV-Module in X und Y-Richtung erlaubt. Ziel des Teilprojektes von IST Metz ist die Realisierung der DC-Elektronik, der Funktionalitäten für die Skalierung und der Steuerungselektronik, sowie der Aufbau und die Verifizierung der luft- bzw. wassergekühlten Hochleistung UV-LED Module. Der Arbeitsplan sieht Vorversuche zur Ermittlung geeigneter Kühlkonzepte, UV-LEDs, Aufbau- und Verbindungstechniken, usw. , vor. Darauf aufbauend folgt die Entwicklung der DC-Elektronik sowie der Funktionalitäten zur Skalierung der Hochleistung UV-LED Module. Einen weiteren Schwerpunkt der bei IST Metz geplanten Arbeiten umfasst die Entwicklung und Integration der Steuerungsfunktionen. Weiter wird IST Metz Labormuster und Demonstratoren aufbauen sowie in Labor- und Feldversuchen verifizieren.
Das Projekt "EnEff:Stadt: Innovatives Energieversorgungssystem für ein gewerbliches Quartier im Wandel (Teil 1: Planung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Im Projekt soll ein innovatives Energieversorgungssystem für ein Gewerbequartier im bayerischen Oberfranken am Standort der früheren Porzellanfabrik Winterling in Schwarzenbach a. d. Saale entstehen. Ausgangspunkt des Projekts ist zum einen die Sanierung des Areals mit sechs Hektar Gesamtfläche inkl. einem großen Fabrikkomplex sowie mehreren Nebengebäuden mit 40.000 m2 Bruttogeschoßfläche, zum anderen die bereits vorhandene Strom- und Wärmeerzeugung mittels zweier BHKWs sowie einer ORC-Anlage aus Biogas. Dieses entsteht in einem innovativen Prozess bei der Abwasseraufbereitung einer nahe gelegenen Hefefabrik. Projektziel ist es, hohe erneuerbare Anteile durch Sektorkopplung und Integration von Speichertechnologien zu erreichen. Gebäudeintegrierte organische Photovoltaik sowie die Einbindung von Windstrom über einen Stromabnahmevertrag werden für das Quartier untersucht. BHKW-Abwärme soll zum Teil durch einen großen, kellerintegrierten Speicher mit 1.500 m3 Wasserinhalt für die Gebäudeheizung genutzt werden. Weitere Systeme wie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung oder der Aufbau eines Nahwärmenetzes zur Versorgung der Nebengebäude sowie von Wohngebieten in der Nähe werden geprüft. Zudem soll untersucht werden, welche Dienstleistungen für das Stromnetz durch das Areal erbracht werden können. Eine Ökobilanzierung, welche die Sanierung des Bestandsgebäudes mit einem entsprechenden Neubau vergleicht, gibt Aufschluss über die Nachhaltigkeit der Weiternutzung von Industriegebäuden. Eine Analyse verschiedener Lademöglichkeiten für E-Mobilität rundet das Konzept ab. Daneben findet eine Beteiligung dreier ortsansässiger Industriebetriebe (Herstellung von LEDs, Schleifkörpern und Backhefe) in direkter Nähe statt, die teilweise in das Energiesystem eingebunden werden. Hierfür müssen rechtliche Fragen für die Vernetzung der Partner geprüft werden. Das Projekt wird in drei Phasen bearbeitet: Planung, Umsetzung und Monitoring. Der vorliegende Antrag umfasst die zweijährige Planungsphase.
Das Projekt "Analytik mittels Imaging Methoden und Simulationen in der OPV - AIMS in OPV" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien, Fachgebiet Experimentalphysik I durchgeführt. Das Projekt 'AIMS in OPV' beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit moderne bildgebende Methoden zur Beobachtung und Vermeidung von Prozessierungsdefekten von organischen Dünnfilmsolarzellen und -Modulen beitragen können. Darüber hinaus sollen Alterungsszenarien detailliert untersucht werden, wobei bei der Aufklärung Degradationsmechanismen ebenfalls bildgebende Meßverfahren eine besondere Rolle spielen. Innerhalb des Projektes soll über den bisherigen Kenntnisstand zur Anwendung von modernen bildgebenden Methoden auf die Qualitätskontrolle von OPV dahingehend hinausgegangen werden, dass eine quantitative Analyse der Bilddaten die bisherige rein phänomenologische, qualitative Interpretation der Daten verdrängt. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist schlußendlich die Ermöglichung von schnellen bildgebenden Untersuchungsmethoden in einer In-Line Inspektion für die OPV-Industrie, welche dazu dient die Produktionsausbeute zu erhöhen und die Stückkosten zu senken.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Messung von Ultrabarrieren (EMU)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, Center für Organik, Materialien und Elektronische Bauelemente COMEDD durchgeführt. Ziele dieses Teilantrags im Projektverbund LOTsE sind die Erforschung von Verkapselungsmethoden auf neuartigen Materialien und Materialkombinationen und die Erforschung großflächentauglicher Charakterisierungsmethoden zur Bewertung von starren und flexiblen Verkapselungen. Um die Ziele des Teilvorhabens zu erreichen sind zwei Arbeitspakete definiert worden: Das AP 3.5 beschäftigt sich mit der Erforschung von Verkapselungsmethoden zur Anwendung in der OPV. Ziel ist es, die von Projektpartner bereit gestellten, neuartigen Substrate vor Wasserdampf zu schützen. Dazu werden die Varianten Glas-Glasverkapselung, Glas-Folienverkapselung und Folie-Folienverkapselung untersucht. Auf selbst gefertigten Substraten werden Testsysteme abgeschieden und verkapselt. Als Testelemete werden org. Solarzellen und OLEDs verwendet. Letztere lassen eine ortsaufgelöste Defektanalyse zu, um somit die Ursachen der Defekte zu ermitteln. Das AP4.1.2 beschäftigt sich mit der Entwicklung von Messmethoden zur Bewertung von Verkapselungen. Für eine hohe Lebensdauer von org. Solarzellen ist eine gut Verkapselung erforderlich. Eine WVTR von ca. 10 -5 g/m 2 d benötigt. Bereits die Messung dieser Werte gestaltet sich schwer, da kommerzielle Messgeräte nur bis etwa 5x10 -4 g/m 2 d verlässliche Werte liefern. Aus diesem Grund ist es erforderlich geeignete Messmethoden zu erarbeiten, die eine zuverlässige Aussage über die Güte der Verkapselung ermöglichen und auch unter unterschiedlichen Bedingungen anwendbar sind.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendung der OPV-Technologie im Bereich Architektur und Design" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von freiräumer, Dipl.-Ing. Nikolai Koehler durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung von Anwendungsszenarien und eine Modellstudie für die integrierte OPV (mit den Systemkomponenten OPV, OLED, Polymerelektronik und Energiespeichermedien) für die Felder Exterior- Design und Architektur. Insbesondere die Entwicklung von Modulen, die teiltransparente Komponenten vereinen. Am Ende steht die Umsetzung in Form eines Demonstrators, konkret wir ein Modell im M = 1:20 einer Buswartehalle erstellt, das funktionsfähige Module integriert. In Vorstudien erfolgen zur Anwendung bei den starren Modulen auf Glasträgern Untersuchungen zu Transparenz und Strukturierung. Identifikation, Ausgestaltung, Bewertung von Anwendungsideen, Ausarbeitung von technischen Anwendungskonzepten im Rahmen von Designstudien. Auf Basis von Studien zu Transparenz und Strukturierung erfolgt die Entwicklung transparenter OPV/PV und der Integration der Komponenten Schrittweise Entwicklung von 'Prototypen' für die Integration der Komponenten Herstellung von Arbeits-Labor-Modellen, Prototypen und schlussendlich eines Demonstrators (Modellstudie).Test und Evaluierung der Ergebnisse. Ergebnistransfer über Workshops, Fachkonferenzen, Webseite und Ergebnisbroschüre. Ziel ist es, ein den Marktanforderungen entsprechendes Ziel ist die Erforschung einer Konzeption für die Integration von OPV in Anwendungen in der Architektur unter Berücksichtigung von den gegebenen Marktanforderungen. Beispiele sind hier Sicherheitsaspekte, die Einhaltung von Normen, oder die Integrierbarkeit in bestehende Designs (oder geometrische Beschränkungen). Zur Verwertung der Ergebnisse steht für Freiräumer die Einnahme von Lizenzgebühren durch die Anmeldung von Patenten und Geschmackmustern im Vordergrund.