Solarzellen für Rucksäcke & Co.: Individuell gedruckt nach Maß

Eine verkettete Rolle-zu-Rolle-Fertigungsanlage soll einer österreichischen Firma ermöglichen, individualisierte, flexible Dünnschicht-Solarzellen schon ab Losgröße eins herzustellen – und das mithilfe vom Inkjet-Verfahren auch wirtschaftlich.

Ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart hat der Tiroler Sunplugged – Solare Energiesysteme GmbH geholfen, eine verkettete Rolle-zu-Rolle-Fertigungsanlage auf Inkjetbasis zu entwickeln und zu integrieren. Produziert werden damit individualisierte, flexible Dünnschicht-Solarzellen schon ab Losgröße eins mithilfe vom Inkjet-Verfahren, zum Beispiel für Outdoor-Anwendungen wie Solar-Rucksäcke oder -Umhängetaschen. Diese tragbaren Solarzellen seien federleicht, hauchdünn und genauso biegsam wie der Stoff, so das IPA heute in einer Mitteilung. Sie bestünden jeweils aus mehreren miteinander verschalteten Schichten, die jeweils nur wenige Nanometer dick seien.

Mithilfe des IPA könne Sunplugged flexible Dünnschicht-Photovoltaikfolien (Cigs) speziell nach Kundenanforderung wirtschaftlich produzieren – auch in Losgröße eins. Form, Größe und generierte Spannung seien frei konfigurierbar. „So sind geometrisch komplexe Formen der Solarzelle genauso möglich wie Modulspannungen zwischen 2 V und 20 V“, so das IPA in seiner Mitteilung.

Algorithmen vermeiden Fehldrucke der Solarzellen in Echtzeit

Die Fertigung hat mehrere Stationen. Alles beginnt mit der speziell beschichteten Cigs-Solarfolie. Nach dem Abwickeln wird diese durch einen Kurzpulslaser an einer ersten Station strukturiert, wobei rund 30 µm feine Linien abgetragen werden, um die einzelnen Schichten der Folie anschließend miteinander verschalten zu können. Dafür hat Sunplugged mit dem IPA-Forschungsteam vom Zentrum für additive Produktion eine entsprechend auszulegende Prozessstation der Rolle-zu-Rolle-Anlage entwickelt. Die soll mittels Inkjet-Druck ein isolierendes Materialsystem mikrometergenau in die abgetragenen Gräben der Folie aufbringen.

Noch seien die einzelnen Bearbeitungsstationen nicht perfekt aufeinander abgestimmt, so das IPA. Im nächsten Schritt möchte das Forschungsteam die Prozessstabilität der Inkjet-Druckstation erhöhen. „Dazu wollen wir Algorithmen und Druckprozess-Strategien entwickeln, die es ermöglichen Form- und Lageabweichungen der strukturierten Linien auf der Folie zu erkennen und für den Druckprozess zu kompensieren“, erklärt Teamleiter Jan Christoph Janhsen. So sollen Fehlfunktionen der Solarzelle vermieden werden, die auf eine defekte Verschaltung der Zellbereiche zurückzuführen sind.