10.09.2020 - National Research Council of Science & Technology (NST)

Entwicklung von Fotovoltaik, die wie Farbe angewendet werden kann

Zukünftige Anwendung als kunststoffbasierte photovoltaische Lackiertechnologie

Forschern in Korea ist es gelungen, eine hocheffiziente, großflächige, in organischer Lösung verarbeitbare Solarzelle zu entwickeln, bei der die Geschwindigkeit, mit der sich die Lösung des Rohmaterials für Solarzellen nach der Beschichtung verfestigt, kontrolliert wird. Das Team unter der Leitung von Dr. Hae Jung Son vom Forschungszentrum für photoelektronische Hybride des Korea Institute of Science and Technology (KIST) gab bekannt, dass sie den Unterschied im Mechanismus der Schichtbildung zwischen einer kleinen Fläche und einer großen Fläche organischer Solarzellen in einem Lösungsprozess identifiziert und durch die Lösung des Problems bezüglich der zugehörigen Prozesstechnologie eine hocheffiziente großflächige organische Photovoltaik entwickelt haben.

Wenn ein photovoltaisches Material in Form von Farbe hergestellt wird, die auf jede Oberfläche, wie z.B. die Außenseite eines Gebäudes oder eines Autos, aufgetragen werden kann, wird es möglich sein, Energieautarkie zu erreichen und Menschen, die unter Energiearmut leiden, mit kostengünstiger, umweltfreundlicher Energie zu versorgen. Nicht nur das, es wird einfach sein, den Raum für die Installation von Photovoltaik auch auf städtischen Gebäuden zu nutzen, und im Idealfall werden die Photovoltaik-Paneele durch erneutes Auftragen der "Farbe" instand gehalten.

Bei den lösungsprozessierbaren Solarzellen, die durch Beschichtung der Oberfläche mit der Solarzellenlösung arbeiten, verbleibt die photoaktive Fläche, die Strom erzeugt, noch im Labormaßstab. Wenn sie auf eine große Fläche aufgebracht werden, um genügend elektrische Energie für die praktische Anwendung zu erzeugen, gibt es aufgrund von material- und prozessbedingten Einschränkungen Probleme im Zusammenhang mit einer verminderten Leistung und Reproduzierbarkeit, und dies war ein Hindernis für die Kommerzialisierung.

Das Team von Dr. Son am KIST zeigte, dass kommerziell erhältliche organische Materialien leicht kristallisieren, was sie für großflächige Lösungsprozesse ungeeignet macht. Im Falle des großflächigen Lösungsverfahrens für industrielle Anwendungen läuft der Prozess, bei dem das Lösungsmittel, in dem das Solarzellenmaterial gelöst wird, langsam verdampft und einen Film bildet, was zu Agglomeration und anderen Phänomenen führt, was wiederum den Wirkungsgrad der Solarzelle senkt. Bei der Spin-Coating-Methode, einem kleinflächigen Verfahren, das in der Laborforschung eingesetzt wird, wird das Substrat während des Filmbildungsprozesses schnell gedreht, um die Verdampfung des Lösungsmittels zu beschleunigen, wodurch es möglich ist, einen Film ohne das oben erwähnte Problem der verminderten Effizienz zu bilden.

Auf der Grundlage dieser Informationen entwickelten die KIST-Forscher hochleistungsfähige großflächige organische Photovoltaik, indem sie die Lösungsmittelverdampfungsrate nach dem Beschichtungsschritt in einem großflächigen Lösungsverfahren kontrollierten, um so einen für die Leistung von Solarzellen optimierten Film zu bilden. Als Ergebnis wurde eine hocheffiziente großflächige organische Photovoltaik mit einer um 30% höheren Energieumwandlungseffizienz als die bestehende Photovoltaik erreicht.

Dr. Son sagte: "Die zentralen Konstruktionsprinzipien von Solarzellenmaterialien, die in der Lage sind, qualitativ hochwertige großflächige Solarzellen zu verwenden, werden die Entwicklung von lösungsmittelverarbeitbaren Solarzellen in der Zukunft beschleunigen. [Diese Studie] hat nicht nur zur Steigerung des Wirkungsgrads von lösungsprozessierbaren Solarzellen der nächsten Generation beigetragen, sondern auch zur Entwicklung der Kerntechnologie für die Herstellung großflächiger Solarzellenmaterialien, die für die Kommerzialisierung erforderlich sind".

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