Durchbruch für preiswerte, organische LED-Paneele und flexible Solarzellen

In einem dreijährigen Projekt gelang es einem europäischen Forscherteam, die Beleuchtungstechnik der nächsten Generation marktreif zu machen. Sie entwickelten biegsame, leuchtende Module, die wie eine Zeitung im Roll-to-Roll-Verfahren gedruckt werden können. Diese Technik legt den Grundstein für kostengünstige Solarzellen und LED-Leuchtflächen der Zukunft. Das Projekt mit dem Namen TREASORES vereinte das Knowhow von neun Firmen und sechs Forschungsinstituten aus fünf europäischen Ländern. Koordiniert wurde es von Empa-Forscher Frank Nüesch.

Im November 2012 startete das EU Projekt TREASORES (Transparent Electrodes for Large Area Large Scale Production of Organic Optoelectronic Devices) mit dem Ziel, die Produktionskosten von organischen Bauteilen wie Solarzellen und LED Paneelen spürbar zu reduzieren. Das Projekt wurde mit 9 Millionen Euro von der Europäischen Union und weiteren 6 Millionen Euro durch Eigenmittel der Partner finanziert. Es erbrachte sieben Patente, ein Dutzend wissenschaftliche Publikationen sowie massgebliche Beiträge zu internationalen Organisationen für Normung.

Flexible Elektroden und neuartige Barrierefolien
Als wichtigstes Ergebnis hat das Projekt Produktionsprozesse für verschiedene Typen transparenter Elektroden und Barrierematerialien für die nächste Generation flexibler Optoelektronik entwickelt und in einem zweiten Schritt für die Industrieproduktion hochskaliert. Drei dieser Elektroden auf flexiblen Substraten – sie basieren entweder auf Kohlenstoffnanoröhrchen, Metallfasern oder dünnen Silberschichten – werden bereits kommerziell produziert oder sollen noch dieses Jahr auf den Markt kommen. Die nächste Generation von Lichtquellen und Solarzellen soll mittels Rolle-zu-Rolle-Fabrikation hergestellt werden, wofür sich die neuen Elektroden besonders gut eignen. Eine Rolle mit OLED- Lichtquellen und Projekt-Logo wurde durch einen solchen Rolle-zu-Rolle Prozess am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden FEP auf einer dünnen Silberelektrode hergestellt, welche im Rahmen des Projekts Projekt von der Rowo Coating GmbH entwickelt wurde.

Prof. Frank Nüesch - Empa Prof. Frank Nüesch – Empa

Flexible Lichtquellen – hübsch und preisgünstig zugleich
Solche Prozesstechnologien werden in Zukunft die Preise für Lichtquellen und Solarzellen deutlich sinken lassen, benötigen jedoch flexible und transparente Elektroden und wasserdichte Barrieren, welche ebenfalls im Rahmen des TREASORES Projekts entwickelt wurden. Die Projektelektroden sind bereits jetzt ebenso leistungsfähig und transparent wie Elektroden der aktuellen Technologie (basierend auf Indium dotiertem Zinnoxid, ITO), teilweise sind sie diesen Elektroden sogar überlegen. Sie können jedoch kostengünstiger produziert werden und beruhen nicht auf dem Import von seltener werdendem Indium.
Tomasz Wanski vom Fraunhofer FEP bestätigt, dass mit den neuen Elektroden äusserst homogene Lichtquellen auch auf grösseren Flächen mit einer Effizienz von 25 Lumen pro Watt erreicht wurden – ebenso gut wie äquivalenten Bauteile der bisherigen OLED-Technologie, die mit einem langsameren Produktionsprozess auf einzelnen Folien hergestellt werden. Im Laufe des Projektes wurden am National Physical Laboratory in Grossbritannien auch neue Testmethoden für die Biegefestigkeit von Elektroden entwickelt – dieser Test könnte auf diesem Gebiet zu einer neuen Norm führen.

Spezialfolien schützen die Elektronik vor Sauerstoff
Ein weiterer Erfolg des Projektes war die Herstellung, das Testen und die Hochskalierung der Produktion von neuen, transparenten Barrierefolien – gemeint sind Kunsstofffolien, welche verhindern, dass Sauerstoff und Wasserdampf in die organischen Bauteile eindringen und diese zerstören. Es gelang, effiziente und kostengünstige Barrieren zu produzieren, die voraussichtlich von der Schweizer Firma Amcor Flexibles Kreuzlingen weiterentwickelt und vermarktet werden können. Solche nicht permeable Barrieren sind essenziell, um die für einen kommerziellen Erfolg benötigte lange Lebensdauer organischer Solarzellen und Lichtquellen zu erreichen.

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Flexible Elektroden aus leitfähigem Textil wurden im Rahmen des Projekts in einem kostengünstigen Rolle-zu-Rolle-Prozess hergestellt. Die so produzierten Elektroden sind im Bereich des sichtbaren Lichts und im nahen Infrarot optisch sehr durchlässig und zeichnen sich durch geringen elektrischen Widerstand aus. (Bild: Sefar AG)

Wie mit einer im Projekt durchgeführten Lebenszyklenanalyse (LCA) bestätigt wurde, sind Solarzellen nur dann kommerziell und ökologisch sinnvoll, wenn sowohl die Effizienz wie auch die Lebensdauer ausreichend hoch sind. Indem man die Produktion von Barrieren und Elektroden kombiniert, anstatt dafür zwei separate Kunststoffsubstrate zu verwenden, können die Produktionskosten weiter reduziert und die Bauteile dünner und flexibler gestaltet werden.Optoelektronische Bauteile besitzen aktive Schichten von lediglich ein paar hundert Nanometern – weniger als 1 Prozent des Durchmessers eines menschlichen Haares – und bereits kleine Oberflächendefekte oder unsichtbare Staubpartikel können die Bauteileffizienz erniedrigen oder zu inhomogener Leuchtfläche und kurzer Lebensdauer führen.

Knowhow von 15 Partnern aus fünf europäischen Nationen
Das TREASORES Projekt vereinigte das Knowhow von neun Firmen und sechs Technologieinstituten aus fünf Ländern und wurde von Frank Nüesch von der Eidgenössischen Materialprüfungs-und Forschungsanstalt (Empa) geleitet. „Ich freue mich darauf, noch in diesem Jahr die ersten kommerziellen Produkte aus dem Projekt auf dem Markt zu sehen“, sagt Nüesch.
Michael Niggemann, CTO des Solarzellenherstellers Eight19 in Cambridge ist ebenfalls begeistert: „Das TREASORES Projekt war ein Erfolg für Eight19, da es wichtige Beiträge zur Senkung der Produktionskosten unserer Solarzellen lieferte. Wir haben damit einen entscheidenden Schritt hin zur Kommerzialisierung von organischen Solarzellen geschafft –basierend auf einer Technologie, die in Europa entwickelt wurde.“

Das Forschungsprojekt wurde finanziell durch das siebte Rahmenprogramm der Europäischen Union, Vertragsnummer 314068, unterstützt.

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Produktion von Kerosin aus Sonnenlicht

Im Rahmen des EU-geförderten Forschungsprojekt SOLAR-JET ist es gelungen, synthetisiertes „solares“ Kerosin herzustellen. Der gesamte Produktionsprozess für erneuerbaren Kraftstoff aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid (CO2) wurde erstmals erfolgreich durchlaufen. Darüber hinaus hat dieser Produktionsprozess das Potenzial, dass auch andere Kraftstoffarten wie Diesel, Benzin oder reiner Wasserstoff damit nachhaltig hergestellt werden könnten.

Darstellung des Funktionsprinzips. (Illustration: SOLAR-JET)

Darstellung des Funktionsprinzips. (Illustration: SOLAR-JET)

Mehrere namhafte wissenschaftliche Einrichtungen von der akademischen Forschung bis zur Industrieforschung (ETH Zürich, Bauhaus Luftfahrt, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, ARTTIC und Shell Global Solutions) haben einen thermochemischen Produktionspfad untersucht, der konzentrierte Sonnenenergie nutzt. Dessen neuartige Solarreaktor-Technologie ermöglicht es, flüssige Kohlenwasserstoffe als nachhaltige Kraftstoffe für Mobilität und Verkehr zu gewinnen.

„Zunehmende Herausforderungen in Bezug auf Umweltschutz und Versorgungssicherheit führen dazu, dass der Luftfahrtsektor Alternativen zum herkömmlichen Kraftstoff erforscht. Als sogenannte ‚drop-in-Lösung‘ soll diese in bestehenden Infrastrukturen genutzt werden können“, so Dr. Andreas Sizmann, Projekt-Koordinator im Bauhaus Luftfahrt. „Mit dem ersten praktischen Machbarkeitsnachweis für die Herstellung von ‚solarem‘ Kerosin macht das Projekt SOLAR-JET einen großen Schritt in Richtung einer wirklich nachhaltigen Kraftstoffalternative mit nahezu unbegrenzten Ressourcen.“

Das Projekt SOLAR-JET entwickelte einen innovativen Prozess, bei dem konzentriertes Sonnenlicht CO2 und Wasser zu einem sogenannten Synthesegas umwandelt. Dies wird mittels einer Redoxreaktion von Metalloxiden bei hohen Temperaturen erreicht. Das Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, wird abschließend mit Hilfe des bereits am Markt etablierten Fischer-Tropsch-Verfahrens in Kerosin umgewandelt.

„Die Solarreaktor-Technologie ermöglicht einen verbesserten Strahlungswärmetransfer und einen schnelleren Reaktionsablauf. Beides ist entscheidend für die Effizienz der Umwandlung von Solarenergie in Kraftstoff”, erklärt Professor Aldo Steinfeld, Inhaber des Lehrstuhls für Erneuerbare Energieträger und Leiter der Forschungsgruppe des Solarreaktors an der ETH Zürich.

Solar Reactor Innovation

Während die solargetriebene Redoxreaktion noch am Anfang ihrer Entwicklung steht, wird die Verarbeitung von Synthesegas zu Kraftstoff bereits von Unternehmen wie Shell im globalen Maßstab angewandt. Die Kombination dieser beiden Prozesse ermöglicht auf lange Sicht eine sichere und nachhaltige Versorgung mit erneuerbarem Kraftstoff für die Luftfahrt und andere Verkehrsträger. Mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren hergestelltes Kerosin ist zudem bereits für die Verwendung in der Luftfahrt zertifiziert.

„Die Nutzung von konzentriertem Sonnenlicht stellt einen potenziell sehr interessanten neuen Produktionspfad für Kraftstoffe auf Basis flüssiger Kohlenwasserstoffe dar“, ergänzt Professor Hans Geerlings von Shell. „Obwohl einzelne Prozessschritte bereits vorher in verschiedenen Maßstäben durchgeführt wurden, war vormals noch kein Versuch unternommen worden, alle Komponenten in ein durchgängiges System zu integrieren. Wir freuen uns daher, gemeinsam mit den Projektpartnern die Forschung und Entwicklung dieser aufstrebenden Technologie in der kommenden Projektphase weiter voranzutreiben.“

Das Projekt SOLAR-JET (Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable JET fuel) wurde im Juni 2011 gestartet und wird von der Europäischen Union im Zuge ihres 7. Forschungsrahmenprogramms über eine Dauer von vier Jahren gefördert. Im ersten Schritt wurde die technische Machbarkeit der Herstellung von Flugzeugkraftstoff aus Sonnenlicht bewiesen. In der nächsten Projektphase wird es das Ziel der Partner sein, den Solarreaktor weiter zu optimieren sowie technische und wirtschaftliche Potenziale einer Umsetzung im industriellen Maßstab zu untersuchen. Die Forschungsergebnisse des Projektes SOLAR-JET werden einen bedeutenden Beitrag dazu leisten, Europa die Führungsposition für Forschung, Innovation und Produktion von nachhaltigem Treibstoff aus konzentrierter Sonnenenergie zu sichern.

Design Erfindungen: Energie der Sonne

Die Tage werden wieder länger und auch die Sonnenstunden immer mehr. Dieses Sonnenlicht wollen wir uns natürlich gleich zunutze machen. Deshalb haben wir jetzt den solar Suntree im erfinderladen. Dieser Baum mit aufgesetzten Solarmodulen lädt alles was sich über einen herkömmlichen USB-Stecker anstecken lässt. Dadurch ist er wahrscheinlich die umweltfreundlichste Möglichkeit seine technischen Lieblinge mit genügend „Saft“ zu versorgen. Außerdem schaut er auch noch super aus denn umsonst hat er den „Good Design Award 2011“ mit Sicherheit nicht bekommen.

solartree erfindung

Am liebsten hat er ein sonniges Plätzchen auf der Fensterbank und aus zuverlässigen Quellen haben wir erfahren, dass er sich auch gerne mit seinem pflanzlichen Freund der Zimmerblume in eine Ecke stellt.

solartree innovation

Ein Hingucker ist er auf jeden Fall, egal wo er platziert wird, und die bewundernden Blicke deiner Besucher werden dir sicher sein. Denn wer hat schon seinen eigenen stromerzeugenden Baum zuhause!

Ein passendes USB-Kabel ist im Lieferumfang enthalten und der Output beträgt ca. 5 V, es kann also sofort losgehen.

Also auf in den erfinderladen oder in den Online-Shop und holt euch jetzt den solar Suntree um 99,95 €.

Schweizer EPFL Forscher entwickeln günstige Solarzellen

Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne (EPFL) haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem kostengünstig Zinkoxidfilme im Nanometerbereich hergestellt werden können. Damit lässt sich die Effizienz von Dünnschichtsolarzellen, die 1.000 Mal dünner sind als herkömmliche Photovoltaikelemente, steigern. “Das technische Potenzial der Photovoltaik ist riesig. Die Forschung sorgt mit Neuerungen für eine stetig ansteigende Lernkurve. Ich bin zuversichtlich, dass sich diese Entwicklung auch in absehbarer Zukunft fortsetzen wird”, sagt der Sprecher der Solarenergieforschung Bernd Rech vom Helmholtz Zentrum Berlin.

© PV-LAB, EPFL/SNSF

© PV-LAB, EPFL/SNSF

Solarstrom ist momentan noch zu teuer. Das hängt auch damit zusammen, dass der Ausgangsrohstoff Silizium viel Geld kostet. An der EPFL wird schon seit längerem an Dünnschichtsolarzellen geforscht. Diese Technik erlaubt es, möglichst sparsam mit Silizium umzugehen. Der Haken an der Sache ist, dass mit sinkendem Durchmesser der Siliziumschicht die Absorptionsrate für Sonnenlicht sinkt. Deshalb greifen die Forscher zu einem Trick. Mithilfe von Zinkoxidkristallen wird das einfallende Licht so gestreut, dass die Aufnahmerate im Silizium steigt. “Theoretisch ist sogar ein höherer Wirkungsgrad als bei konventionellen Elementen möglich, wenn man mehrere Dünnschichtmaterialien stapelt”, sagt Rech.

solar invention
Allerdings ist es technisch sehr schwierig, die pyramidenförmigen Zinkoxidkristalle in die richtige Form zu zwingen. Die Forscher in Lausanne haben jetzt aber eine Möglichkeit gefunden, um dünne Schichten aus Zinkoxid in der gewünschten Form herzustellen. Dazu erstellen sie eine Negativform der geplanten Struktur und lassen darauf die Kristalle wachsen. Anschließend muss die Oxidschicht nur noch abgezogen werden. Diese Technik lässt sich auch im industriellen Maßstab anwenden.

Damit wird es möglich, preiswerte Photovoltaikelemente und in weiterer Folge auch billigeren Strom herzustellen. “Die Photovoltaik wird in den nächsten Jahren und Jahrzehnten einen großen Beitrag zur Energieversorgung leisten. In südlichen Ländern ist sie teilweise heute schon konkurrenzfähig”, so Rech.

Ein weiterer Vorteil der neuen Technik ist, dass Zinkoxid ein sehr häufig vorkommender Rohstoff ist. Außerdem ist das Material vollkommen ungiftig und belastet die Umweld daher kaum. Auch durch die Einsparung von Silizium ergibt sich eine bessere Ökobilanz, weil die Herstellung von Silizium aus Sand extrem energieaufwändig ist. “Man muss allerdings berücksichtigen, dass die Einsparung nur das Halbleiterelement betrifft und nicht das ganze Solarmodul. Trotzdem kann im Vergleich zu herkömmlichen Elementen einiges an Material und Energie gespart werden”, erklärt Rech.

Kyocera Solar – Swiss Solar Awards 2010

Klare Architektursprache und Solaranlagen passen bestens zueinander. Dies beweisen das Gebäude der IUCN (International Union for Conversation of Nature) in Gland, Schweiz, und das Einfamilienhaus auf der alpinen Sonnenterrasse von Ruschein, ebenfalls in der Schweiz. Beide erhielten den Schweizer Solarpreis 2010 und beide fangen die Sonne mit Solarmodulen des japanischen Technologiekonzerns Kyocera ein, einem der führenden Hersteller im Bereich der Photovoltaik.

Der Schweizer Solarpreis ist eine Auszeichnung für Personen und Institutionen, die sich zugunsten der Solarenergie engagieren. Unter der Schirmherrschaft des Bundesamtes für Energie wird er für Gebäude, die hinsichtlich des Energieverbrauchs in innovativer und optimaler Weise konzipiert sind, sowie für die besten Installationen im Bereich erneuerbare Energien verliehen.

Hauptsitz der IUCN

Der moderne Hauptsitz der IUCN erhielt den Schweizer Solarpreis für die gelungene Erweiterung seines Gebäudekomplexes. Die im Flachdach integrierte 146 kWp Photovoltaik-Anlage besteht aus 693 Solarmodulen von Kyocera, Typ KD210GH-2PU, und deckt die Hälfte des Gesamtenergiebedarfs. Die Anlage erzeugt gut 139.700 kWh pro Jahr und versorgt die Wärmepumpen jährlich mit rund 35.000 kWh Solarstrom. Dadurch wird der CO2 Ausstoß des Gebäudes – im Vergleich zu einem ähnlichen Bau – um etwa 103,5 t pro Jahr gesenkt.

Kyocera-Solar-gewinnt-Swiss-Solar-Awards

Das schön gestaltete Einfamilienhaus der Familie Cadruvi/Joos im sonnigen Ruschein im Bündner Oberland steht auf einer Höhe von 1184 Metern. In der Begründung für den Solarpreis heißt es, dass die klare und moderne Architektursprache durch die gut integrierte, multifunktional als Dachfläche und Energieanlage wirkende 6,5 kWp Photovoltaik-Anlage besticht. Die Anlage besteht aus 50 rahmenlosen Modulen von Kyocera , die mithilfe von entsprechenden Montagesystemen in das Gebäudedach integriert wurden. Das Ergebnis ist eine ästhetische einheitliche Photovoltaik-Anlage. Diese liefert jährlich rund 7.700 kWh Strom. Damit deckt sie mit der solarthermischen Anlage 100 Prozent des Gesamtbedarfs und erzeugt pro Jahr einen Stromüberschuss von 813 kWh. Deshalb – und auch wegen der bestechenden Architektur – ging auch der Norman Foster Solar Award 2010 für PlusEnergieBauten an dieses Einfamilienhaus.

Kyocera-Produkte gehören seit jeher zu den leistungsstärksten am Markt. Das ist auch der Grund, weshalb die Solaranlagen von Kyocera gerade für Orte mit extremen Wetterbedingungen – wie in den schweizerischen Alpen – ausgewählt werden. Sie halten extremen witterungsbedingten und mechanischen Belastungen ohne Schäden stand. Kyocera legt Wert darauf, dass das Unternehmen bei der Produktion die komplette Wertschöpfungskette selbst abdeckt. So kann Kyocera für Qualität und Leistung der Module garantieren.

Die Erfindung der Solar Dusche

Eine der Innovationen der Genfer Erfindermesse ist die Hybrid-Außendusche der beiden Schweizer, Peter Diener und Jochen Veit von der Suntherm AG aus Wildegg.
dusche erfinder
Sollte dem Winter ein heißer und sehr sonniger Sommer folgen, dann sorgt die Solardusche Suntherm für die angenehme Abkühlung. Diese Gartendusche benötigt lediglich einen Wasseranschluss. Der Duschfuß wird entweder mit drei Schrauben an einer Gehwegplatte oder mit einem Dorn auf dem Rasen verankert. Das Wasser wird mittels Sonnenenergie in einem schwarzen Kunststofftank auf ca. 25°C erwärmt. Sollte sich die Sonne wider Erwarten hinter den Wolken verstecken, so kann das Wasser mit einer Elektroheizung auf Temperaturen bis zu 40°C erwärmt werden.

Die Preise für die SUNTHERM-Solar-Duschen liegen zwischen 649,- EUR (ohne elektrische Zusatzheizung) und 979,- EUR (inkl. Heizelement). Den Erddorn erhalten Sie für 69,- EUR.
Die Erfindung ist zum Patent angemeldet und es besteht ein Vertriebsnetz in diversen Ländern.