Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie für Designanwendungen und effizientere Photovoltaik

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Im Rahmen des EU-Projekts PERSEUS entwickelt das Fraunhofer FEP neue
optisch wirksame Oberflächenstrukturen für Perowskit-Solarzellen.

Durch
den Einsatz der Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie (NIL) sollen
Reflexionsverluste minimiert und der Wirkungsgrad von Solarzellen
gesteigert werden. Im Projekt Design-PV werden dekorative Oberflächen für
fassadenintegrierte Photovoltaikmodule mittels der NIL entwickelt. Die
vielseitige NIL-Technologie bietet darüber hinaus Anwendungsmöglichkeiten
in Bereichen wie Antifouling, Entspiegelung und Medizintechnik.

Fassadenintegrierte Photovoltaik (BIPV) verbindet nachhaltige
Energieerzeugung mit modernem Gebäudedesign. Sie ermöglicht es,
Solarmodule nahtlos in Fassaden zu integrieren, beeinträchtigt jedoch
bislang das architektonische Erscheinungsbild. Im vom BMWK geförderten
Projekt Design-PV (Förderkennzeichen 03EN1084A) werden ästhetisch
ansprechende Lösungen entwickelt, die PV-aktive Fassadenbereiche
unsichtbar mit nichtaktiven Flächen kombinieren. Zusammen mit 5 weiteren
Partnern entwickelt das Fraunhofer FEP haptische Oberflächen, welche
mittels Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie (RzR-NIL) hergestellt
werden.

Neben den ästhetischen Aspekten von Solarmodulen steht deren
Effizienzsteigerung und die Verringerung von Reflexionsverlusten im
Mittelpunkt neuer Technologien. Das im Januar 2025 begonnene und durch die
EU-geförderte Forschungsprojekt PERSEUS (Förderkennzeichen 101147547)
zielt darauf ab, innovative Verfahren für die Verbesserung der
Leistungsfähigkeit von Perowskitsolarzellen zu entwickeln. Ein Schwerpunkt
bilden dabei optisch wirksame Oberflächenstrukturen, um Reflexionsverluste
zu minimieren und den Wirkungsgrad der Solarzellen zu erhöhen. Das
Fraunhofer FEP arbeitet hierzu unter Nutzung der RzR-NIL-Technologie an
der kostengünstigen Herstellung derartiger Strukturen, welche in
Zusammenarbeit mit 16 Partnern in Photovoltaikmodule für Indoor- und
Outdoor-Anwendungen integriert werden.

Mittels NIL werden Oberflächentopografien auf Folien mit Strukturgrößen
von wenigen 100 nm über einige Mikrometer bis zum Millimeterbereich in
einem Rolle-zu-Rolle-Prozess hergestellt. Dies ermöglicht eine
großflächige, kontinuierliche Produktion der Folien. Dabei wird eine
strukturierte Masterwalze in eine flüssige Lackschicht gepresst, wobei
gleichzeitig der Lack vernetzt wird. Die Vernetzung des Lackes mittels
Elektronenstrahlen erlaubt eine schnelle und effiziente Aushärtung der
Strukturen und bietet die Flexibilität, verschiedene Pigmente oder
Partikel in den Lack zu integrieren. Der Prozess wird auf einer Bahnbreite
von bis zu 1250 mm und einer Prozessgeschwindigkeit von mehreren 10 Metern
pro Minute durchgeführt. Dies garantiert eine hohe Produktivität.

„Mit der Nano-Imprint-Lithografie im Rolle-zu-Rolle-Verfahren eröffnen
sich völlig neue Möglichkeiten in der Herstellung haptischer und optisch
wirksamer Oberflächen. Diese Technologie wird es uns ermöglichen, zum
Beispiel die Reflexionsverluste in Perowskit-Solarzellen erheblich zu
reduzieren und deren Wirkungsgrad weiter zu steigern.“, erklärt Dr.
Steffen Günther, Gruppenleiter am Fraunhofer FEP. „Die Herausforderung
besteht darin, den Prozess langzeitstabil zu gestalten. Hierfür optimieren
wir die verwendeten Lacke hinsichtlich Abformbarkeit und
Strahlenvernetzung."

Neben optischen oder photovoltaischen Anwendungen hat die Technologie
vielfältige weitere Einsatzmöglichkeiten. Flexible Materialien verlangen
oftmals eine spezielle Oberflächentopografie, die durch die NIL-Abformung
einfach und günstig ermöglicht wird. Zielanwendungen für derart
ausgestattete Folien sind zum Beispiel Lab-on-Chip-Strukturen, die
Verminderung von Biofouling im maritimen Bereich, die Verbesserung der
Strömungseigenschaften bei Windrädern und Containerschiffen oder die
Entspiegelung von Fenstern. Auch Batterieelektroden können von einem
strukturierten Substrat hinsichtlich Zyklenfestigkeit und Kapazität
profitieren.

Das Fraunhofer FEP verfügt über umfassende Expertise in der Beschichtung
flexibler Substrate wie Folien. Mit der hauseigenen Rolle-zu-Rolle-Anlage
atmoFlex 1250 ist es zudem in der Lage, unter atmosphärischen Bedingungen
Beschichtungen durchzuführen, was zusätzliche Effizienzvorteile und
Kosteneinsparungen bei der Herstellung ermöglicht.

Das Technologieportfolio des Fraunhofer FEP hinsichtlich der
Strukturierung von flexiblen Folien für Design-PV und integrierte
Solarzellen wird während der ICE Europe vom 11. – 13. März 2025 am Stand
des Fraunhofer FEP in Halle A5, Nr. 1720 vorgestellt.

Fraunhofer FEP auf der ICE Europe 2025
11. – 13. März 2025, Messe München
Halle A5, Stand Nr. 1720

Das Fraunhofer FEP präsentiert unter anderem:
•       Rolle-zu-Rolle Technologien für energiesparende Anwendungen in
Architektur und Bau
•       Beschichtungstechnologien für Solarzellen
•       Dekorative, haptische Oberflächen

Über das Projekt PERSEUS:
PERSEUS wird im Rahmen des EU-Forschungs- und Innovationsprogramms
gefördert.
Projektlaufzeit: Januar 2025 – Dezember 2027
Förderkennzeichen: 101147547

Über das Projekt Design-PV:
Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Förderkennzeichen: 03EN1084A
Förderrahmen: 7. Energieforschungsprogramm
Laufzeit: 01.11.2023 - 31.10.2026