Nachhaltige Fertigung von Leiterplatten für die Solarindustrie

Um die Entwicklung von Solarmodulen mit höherer Effizienz und neuen Eigenschaften wie optischer Transparenz oder mechanischer Flexibilität voranzutreiben, arbeiten Forschende der Fraunhofer EMFT und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE im Projekt LEO (Plattform-Technologie zur ressourcenschonenden Fertigung von Leiterbahnen auf großflächigen mit Elektronik bestückten Oberflächen) an einem Verfahren, das eine ressourcenschonende und kosteneffiziente Herstellung von großflächigen Leiterbahnmustern ermöglicht. Solche Leiterbahnmuster werden auch für Solarzellen als elektrische Kontakte zur Abführung des Fotostroms benötigt.

© Fraunhofer ISE
Für flexible Anwendungen: Im Rolle-zu-Rolle Verfahren hergestelltes Organisches Solarmodul

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen eine dünne laserstrukturierte Aluminiumschicht als Maskierung für die galvanische Abscheidung der elektrischen Leiterbahnen. Der Prozess ist nicht nur kosteneffizient, sondern auch umwelt- und ressourcenschonend: Aluminium lässt sich relativ leicht aus dem Abwasser filtern und die geringe Menge, die bei dem Prozess anfällt, kann man vollständig recyceln.

Mit der Technologie lassen sich biegsame und transparente organische Solarzellen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren herstellen, die in unterschiedlichste Anwendungen integrierbar sind. So konnte das Team mit der neu entwickelten Prozessfolge bereits 50-100 µm breite, galvanisch verstärkte Leiterbahnen auf Foliensubstraten für flexible organische Solarzellen herstellen. Ein zweites Anwendungsszenario zielt auf die Herstellung neuartiger, hocheffizienter Hetero-Junction-Solarzellen ab: Die im LEO-Verfahren entwickelte kalte Metallisierung könnte deren Herstellung künftig deutlich kostengünstiger machen.

Das Projekt wird über das Fraunhofer-interne Programm WISA gefördert.

Der Rolle-zu-Rolle-Prozess zur Herstellung gedruckter Elektronik hat ein altbewährtes Vorbild: Den Zeitungsdruck.

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Sustainable Production of Large Area Electronics

Dabei wird unbedrucktes Trägermaterial auf einer Rolle aufgewickelt, auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich eine leere Rolle. Dazwischen laufen die einzelnen Druckprozesse nacheinander ab, wobei das Trägermaterial auf die leere Rolle auf der anderen Seite der Maschine gespult wird. In den Laboren der Fraunhofer EMFT nutzen Forschende die Methode, um ultradünne elektronische Komponenten auf Folie herzustellen. Diese elektronischen Folien kommen beispielsweise in der Medizintechnik als körpernahe Sensoren, in der Robotik und eben auch in Solarzellen zum Einsatz. Gerade bei solch großflächigen Komponenten ist das so genannte „Rolle-zu-Rolle“-Verfahren äußerst effizient.

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