Neue Forschungsförderung für das RollFlex-Innovationszentrum

Neue Forschungsförderung für das RollFlex-Innovationszentrum

Das RollFlex-Projekt war ein solcher Erfolg, dass Interreg nun extra Gelder bewilligt und das Projekt um 18 Monate verlängert hat.

Organische Materialien sind vielversprechend, was die Herstellung von Solarzellen und Leuchtdioden angeht. Denn organische Solarzellen können in Fenster, Fassaden und andere Gebäudeteile integriert werden, wo traditionelle Solarzellen nicht passen. Das bedeutet, dass der Strom dort produziert werden kann, wo er gebraucht wird, nämlich in den Städten. Organische Leuchtdioden (OLEDs) besitzen ebenso vielversprechende Eigenschaften, die dazu führen können, dass du dich in nicht allzu ferner Zukunft darauf freuen kannst, ein biegsames Handy in der Tasche zu haben oder einen Fernseher, den du wie eine Jalousie hoch- und runterziehen kannst.

Das Interreg Deutschland-Danmark-Projekt RollFlex hat intensiv daran gearbeitet, die Technologie zu entwickeln, die diese Zukunktsszenarien zu handfesten Gegenwartsapparaten machen soll. Und mit einer langen Reihe von forschungs- und entwicklungstechnischen Fortschritten sind wir in kurzer Zeit mit Siebenmeilenstiefeln vorangeschritten. Dafür belohnt uns Interreg Deutschland-Danmark nun mit einer Bewilligung von knapp 800.000 Euro und verlängert gleichzeitig das Projekt um weitere eineinhalb Jahre.

Wir sind natürlich überaus glücklich darüber, dass Interreg beschlossen hat, das Projekt mit einer weiteren Bewilligung zu unterstützenProf. Morten Madsen, Kopf der Solarzellengruppe am MCI und Leiter des RollFlex-Projektes

SDU ist Leadpartner im Projekt, zusammen mit der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), Stensborg A/S und der Phi-Stone AG als Projektpartner. Darüber hinaus zählt das Projekt mehr als 30 Netzwerkpartner – Tendenz steigend. Ziel des Projektes ist es, eben gerade organische Solarzellen im Großformat auf dünne Substrate wie z.B. flexible Kunststofffolie zu drucken. 

Das RollFlex-Projekt bündelt Kompetenzen im Rolle-zu-Rolle-Druck und zur Optimierung von organischen Bauteilen. Mit der Verbindung langjähriger Erfahrungen aus Wissenschaft und Industrie wollen wir in den nächsten Jahren die organischen Bauteile für den Markt weiterentwickelnProf. Martina Gerken, Professorin am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik und Projektleiterin an der CAU

Kiel entwickelt OLEDs

Im RollFlex-Projekt wurden jüngst flexible top-emittierende OLEDs hergestellt, die eine Reihe Vorteile aufweisen. So werden sie z.B. ohne Indium Zinnoxid (ITO) hergestellt, was eine Reduktion der Prozesskosten zur Folge hat und Bauteile mit einer größeren mechanischen Flexibilität ermöglicht. Die OLEDs wurden in Kiel im Labormaßstab hergestellt und dann mittels Schlitzdüsenbeschichtung (Slot-die coating) mit R2R-Technologie an der SDU in Sonderburg hochskaliert. Obgleich die Effizienz dieser OLEDs geringer ist (2cd/A), als die von konventionellen OLEDs, sind dies die ersten top-emittierenden OLEDs, die 300 cd/m2 erreichen können und mittels Schlitzdüsenbeschichtung hergestellt werden.

Organische Leuchtdioden zur Anwendung auf z.B. flexiblen Folien.

Die top-emittierenden OLEDs eignen sich z.B. für den Einsatz in semitransparenten Bildschirmen.

Zusammen mit ihrem Team will Prof. Gerken darüberhinaus die Lichtauskopplung der organischen Leuchtdioden durch gezielte Nano- und Mikrostrukturierung von deren Oberfläche maßschneidern. Hierfür kooperieren sie mit der Kieler Firma Phi-Stone AG, die unter anderem Folien mit speziellen Mikropartikeln entwickelt. Mit diesen sollen organische Leuchtelemente vor Feuchtigkeit geschützt und die Streuwirkung erhöht werden.

Eine OLED-Matrix mit 1 % Zinkoxid-Partikeln in Folie.

Durch die Zugabe von Zinkoxid-Partikeln erreicht man einen besseren Streueffekt und ein homogenes, intransparentes Erscheinungsbild.

Semitransparente und flexible Solarzellenmodule direkt aus dem Drucker

Im dänischen Rolle-zu-Rolle (R2R) Drucklabor in Sonderburg sind flexible organische Solarzellenmodule mittels Schlitzdüsenbeschichtung entwickelt worden. Die semitransparenten Demonstratoren basieren auf „Non-Fullerene Acceptors“ (NFA) und werden direkt an der Luft mit umweltfreundlichen Materialien gedruckt. Die Module sind frei von spröden und teuren Indium-Zinnoxid-Materialien, die normalerweise für transparente Elektroden verwendet werden. Während intransparente Solarzellen eine Effizienz von 5 % erreichen, kommen semitransparente zurzeit auf 3 %.  Diese Entwicklung bietet einen starken Ansatz für neue Kooperationen mit der Industrie innerhalb der R2R-Drucktechnologie und eben diese Zusammenarbeit ist durch das RollFlex-Projekt intensiviert worden, was sich in der stark gestiegenen Anzahl Firmenpartner widerspiegelt.

Semitransparente Solarzellenmodule entwickelt an der SDU in Sonderburg durch R2R-Technologie.

Inspiriert durch das RollFlex-Projekt hat der dänische Netzwerkpartner Stensborg ein kompaktes Druckwerkzeug für die Nano-Lithographie im Labormaßstab zur Marktreife gebracht, welches weltweit auf großes Interesse bei Universitäten und Unternehmen stößt. Mit der neuen Anlage können nanofunktionale Strukturen wie z.B. Hologramme für Lab-on-a-Chip-Anwendungen oder lichtbeugende optische Elemente in einem schnellen und einfachen Hochskalierungsprozess gedruckt werden.

Neuer Imprinter der Firma Stensborg A/S für Desktop NIL auf sowohl Folien und Platten.

Nachhaltigkeit: Von alternativen Nahrungsmitteln und organischen Solarzellen

Am 21. und 22. September 2018 findet in Kopenhagen das Copenhagen Bug Fest statt – ein Festival für alle, die sich für nachhaltige Lebensmittel der Zukunft interessieren. Das Festival bietet  Gelegenheit, mit allen Sinnen in das multidimensionelle Universum der Insekten einzutauchen. Ziel des Copenhagen Bug Fest ist es, die Vielseitigkeit von Insekten aus gastronomischer, technologischer, naturwissenschaftlicher und kultureller Perspektive darzustellen. Dazu gibt es verschiedene Vorträge darüber, wie das Potenzial von Insekten zur Einhaltung der 17 Weltziele für nachhaltige Entwicklung der UNO beitragen kann. Martin Keller, der sich in der København Kommune in der Abteilung für Nachhaltige Entwicklung für die Erreichung der UNO Weltziele einsetzt und einer der sechs Veranstalter des Festivals ist, hat RollFlex-Projektleiter Morten Madsen eingeladen, auf dem Festival über unsere flexiblen, organischen Solarzellen zu sprechen. Er wird am Freitag sowohl bei der Begrüßung zu hören sein sowie am Samstagvormittag die Solarzellen und das Projekt vorstellen. Nach dem rund fünfzehnminütigen Vortrag sind Debatten mit den Vortragenden geplant. Die Teilnahme am Festival ist kostenlos. Informationen und Programm Copenhagen Bug Fest Facebook-Seite

RollFlex mit der CAU und der Phi-Stone AG auf der Hannover Messe

RollFlex mit der CAU und der Phi-Stone AG auf der Hannover Messe

Begrenzte Ressourcen in einer globalisierten Welt erfordern ein radikales Neudenken von Energieproduktion und -verbrauch und damit einhergehend neue Technologien. Aus organischen Materialien hergestellte Bauelemente, wie z. B. Solarzellen und OLEDs, besitzen gänzlich neue Eigenschaften wie mechanische Flexibilität, Leichtgewicht, niedrige Kosten sowie Semitransparenz.

Dies war die Einleitung zu dem Vortrag RollFlex – Flexible organische Optoelektronik von Prof. Dr. Martina Gerken auf der diesjährigen Hannover Messe. Darin erklärte sie die Herstellung und Funktionsweise dieser Bauelemente und stellte neue Anwendungsgebiete, z.B. flexible Solarzellen, tragbare Technologien und Biosensorik vor.

Die Phi-Stone AG war auch vertreten und präsentierte den Besuchern verschiedene Anwendungsmöglichkeiten der eigens entwickelten funktionalen Mikro- und Nanostrukturen, sog. CSP® (Core-Spike-Particles).

Lesen Sie den ganzen Pressetext auf den Seiten der Hannover Messe und bekommen Sie einen Eindruck vom Tag in unserer kurzen Fotostrecke:

Neue Forschung zur Stabilität von flexiblen Solarzellen

Die Forschung zur Stabilität von flexiblen Solarzellen ist in vollem Gange im Center SDU NanoSYD. Hier werden neue Typen organischer und hybrider Solarzellen entwickelt und auf ihre Stabilität geprüft. Die neuesten Ergebnisse dieser Arbeiten zeigen, wie die Stabilität und die Lebensdauer der neuen, vielversprechenden Perovskit-Solarzellen durch konventionelle Lebensdauerprotokolle nicht korrekt bestimmt werden kann, da diese verschiedenen Abbauprozessen unterliegen und beispielsweise am Tage degradieren und sich des Nachts teilweise generieren – und umgekehrt kann dies in einigen Fällen auch vorkommen.

Zusammen mit verschiedenen internationalen Partnern (unter der Leitung der Ben-Gurion University of the Negev, Israel) hat SDU NanoSYD durch die Kombination von Tests der Perovskit-Solarzellen im Innen- wie Außenbereich neue Methoden gefunden, wie man die Stabilität der organischen solarzellen durch stabilisierende Zusätze verbessern kann. Dies ist Gegenstand der Forschung im Villum Forschungsprojekt CompliantPV. Die Erträge dieser zusammenhängenden Aktivitäten hat einen großen Einfluss auf die R2R-Entwicklung und die Produktion von flexiblen Solarzellen, die im RollFlex-Projekt entwickelt werden, da sie dazu beitragen, das Verständnis für diese Solarzellen zu stärken und deren Stabilität zu verbessern.

Die Resultate dieser Forschungsaktivitäten sind in eine Anzahl Publikationen eingeflossen, wie z.B.:

  • M. V. Khenkin, et. al. Reconsidering Figures of Merit for the Performance and Stability of Perovskite Photovoltaics, Energy Environ. Sci., 11, 739 (2018)
  • M. V. Khenkin, et. al. Dynamics of photoinduced degradation of perovskite photovoltaics: from reversible to irreversible processes, ACS Appl. Energy Mater., 1, 2, 799 (2018)
  • L. Calio, et. al. Cu(II) and Zn(II) based Phthalocyanine as Hole selective layers for Perovskite Solar Cells, Sustainable Energy Fuels, 1, 2071 (2017).

Abb.: Titelblatt der Sustainable Energy & Fuels, Dezember 2017

Entwicklung flexibler top-emitting OLEDs

Seit einigen Wochen ist das RollFlex-Projektteam an der Christian-Albrechts-Universität (CAU) um zwei neue Gesichter erweitert: Dr. Yolande Murat und Janek Buhl werden die Entwicklung flexibler, flüssigprozessierter organischer Leuchtdioden unterstützen. Ein wichtiges Ziel der Prototypenfertigung an der CAU Kiel ist dabei die Entwicklung von organischen Leuchtdioden, deren Aufbau die Herstellung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren ermöglicht. Hierfür wird insbesondere die Verwendung des sogenannten top-emitting Prinzips untersucht. Da das erzeugte Licht nach oben aus dem Schichtstapel austritt, wird auf eine metallische Top-Elektrode verzichtet. Die Bauteilherstellung kann somit nahezu vollständig mithilfe eines Rolle-zu-Rolle-Druckverfahrens erfolgen.

Die Bilder zeigen Dr. Murat und J. Buhl bei der Fertigung im Kieler Nanolabor sowie eine der ersten an der CAU hergestellten top-emitting OLEDs.
(Fotos: Julia Siekmann, CAU)

Stensborg A/S präsentiert neue Messtechnik beim NIL Industrial Day 2018

Am 8. und 9. März nahm Stensborg A/S an der NIL Industrial Day 2018 Konferenz in Wien teil. Dort gab Karlis Petersons einen eingeladenen Vortrag zur Bestimmung der Fotohärtungsgeschwindigkeit von lichthärtenden Harzen zur Verwendung in R2R- und R2P-NIL-Anwendungen. Dabei präsentierte Karlis eine neue Messtechnik, die optische Gitterrefraktomie, entwickelt von Stensborg A/S, mit der man die dynamischen Eigenschaften von lichthärtenden Polymeren während des Härtungsprozesses. Die Methode ist nützlich, da sie es ermöglicht, die chemische Zusammensetzung von lichthärtenden Polymeren sowie das Design von passenden Lichtquellen für diesen Zweck zu optimieren.

RollFlex bringt Forschung und Industrie zusammen

RollFlex bringt Forschung und Industrie zusammen

 

Im Rahmen des FURGY CLEAN Innovation Kongresses bot sich Mitte März beim RollFlex Workshop die Gelegenheit, uns mit Firmen und Netzwerkpartnern auszutauschen, um herauszufinden, wie wir einander von Nutzen sein können. Anhand von im RollFlex-Projekt entwickelten Demonstratoren konnten wir zeigen, welches Potenzial im RollFlex Innovationscenter steckt.

Das RollFlex Innovationscenter beschäftigt sich mit der Herstellung und Funktionsweise von Bauelementen aus organischen Materialien, wie z.B. organischen Leuchtdioden (OLEDs) und Solarzellen. Die neuen Materialien sind leicht und kostengünstig und besitzen darüber hinaus besondere Eigenschaften wie mechanische Flexibilität und Semitransparenz. Somit eignen sie sich für die Anwendung in z.B. flexiblen Solarzellen, mobilen Technologien und Biosensorik.

Wie man diese neuen Materialien der Industrie zugänglich machen und die Zusammenarbeit stärken kann – darum ging es im RollFlex-Workshop Roll-to-roll fabrication of solar cells and OLEDs, der am 16. März auf der New Energy Messe in Husum stattfand, der Fachmesse im Norden rund um Themen der erneuerbaren Energien.

In einem internen Teil für die Projekt- und Netzwerkpartner am Vormittag präsentierten die Partner den Status Quo ihrer Forschung im Projekt und boten den teilnehmenden Netzwerkpartnern aus der Industrie und Wirtschaftsförderung die Möglichkeit, sich die bisherigen Projektergebnisse anhand von Demonstratoren anzusehen. Gegenseitige Erwartungen wurden erörtert und es wurde diskutiert, wie die Projektergebnisse einen Mehrwert für die Industrie schaffen können und wie das Projekt die Kooperation zwischen den Beteiligten stärken und ausbauen kann. Wichtige Ansatzpunkte waren hier gemeinsame Projekte und Innovationsworkshops zwischen Forschung und Industrie, um den Wissensaustausch zu fördern und Unternehmen Zugang zu neuen Materialien zu verschaffen.

Key Note-Sprecher des öffentlichen Teils am Nachmittag war Dr. Stefan Mogck vom Fraunhofer-Institut für organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP), der die Vorteile und Herausforderungen von Rolle-zu-Rolle basierten Beschichtungen für großflächige OLEDs vorstellte. Darüber hinaus gab es Vorträge der Projektpartner. Prof. Dr. Martina Gerken von der Technischen Fakultät der CAU, erzählte, wie sich organische Optoelektronik mithilfe von nanostrukturierten Oberflächen und Mikrofluidik zur Anwendung in der Biosensorik eignet, um z.B. die Konzentration von Blutbestandteilen zu ermitteln. In einem Vortrag von Dr. Ala Cojocaru von der Firma Phi-Stone GmbH in Kiel konnten die Zuhörer lernen, wie Nanopartikel so in Folien integriert werden können, dass neue Eigenschaften der Folien entstehen, die sie besonders interessant für die Anwendung in optoelektronischen Devices machen. Der dänische Partner Stensborg A/S sowie der Leadpartner SDU präsentierten ihre Arbeiten zur Herstellung von nanostrukturierten Folien im Rolle-zu-Rolle-Verfahren und zu flexiblen Solarzellen aus organischen Materialien.

Abschließend konnten sich die externen Besucher auch hier die Demonstratoren aus dem Projekt zeigen und erklären lassen und so mit den Projektpartnern ins Gespräch kommen.

– Der Workshop hat uns einen wichtigen Schritt vorwärts von der Laborforschung zur Anwendung im täglichen Leben gebracht, so Morten Madsen von der SDU.

Wir haben die Demonstratoren aus dem Projekt in drei kurzen Videos vorgestellt, die Sie sich hier anschauen können.

 

RollFlex Workshop auf der New Energy Husum 2018

Rolle-zu-Rolle Herstellung von Solarzellen und OLEDs

Am 16. März organisierte RollFlex im Rahmen des FURGY CLEAN INNOVATION-KONGRESSES 2018 einen Workshop auf der New Energy Husum 2018. Dieser gliederte sich in einen internen und einen externen Teil und hatte zum Ziel, den Dialog mit den Netzwerkpartnern und externen Firmen im Projekt zu stärken. Das Programm besteht aus Vorträgen von eingeladenen Sprechern, einer Präsentation der im Projekt entwickelten Demonstratoren und der Möglichkeit zum Austausch über zukünftige Kooperationen von RollFlex und der Industrie.

Zum Download als PDF bitte anklicken

 

17. JANUAR: Blocks and spheres, rods and coils; bending polymers into straight lines for photovoltaics

17. JANUAR: Blocks and spheres, rods and coils; bending polymers into straight lines for photovoltaics

Vortrag von Dr Roger C. Hiorns, IPREM, Frankreich

Mittwoch, 17. Januar 2018, SDU, Alsion, Raum U205, 17.00 Uhr

 

Abstract:

Organic photovoltaic devices are undergoing a steady revolution in efficiencies and stability. The 10% and 10‐year barriers for lab‐scale materials have long since been broken. A massive challenge remains, however, in transferring this exciting technology to the market place. For fast roll‐to-roll printing, polymers tick all the right boxes, including their applicability to ink‐based technologies. But trying to control their behaviour over large surfaces so that thin layers can be regularly formed is difficult. While large‐scale stabilities are good, large modules (>50 cm2) have efficiencies of around 6% at most, and when going to very large‐scale modules (>1 m2), 3 to 5% is more common.

Block copolymers have been known for decades to improve the structural strength and regularity of polymers. When cast from solution, they form microphase domains of the order of tens of nanometers due to the repulsive tendencies of the constitutive blocks. This scale is perfect for controlling excitonic formation and charge transfer through organic devices. This lecture will give a general introduction to block copolymers for organic photovoltaic devices and then look at some of recent advances in this field.