OHMIO: ein Hoffnungsschimmer für flexible elektronische Geräte

Ein neu entwickelter leitfähiger Polymerwerkstoff macht die Solarzellen der neusten Generation leichter, dünner und flexibler. Dank des EU-finanzierten Projekts OHMIO werden sie außerdem auch in der Produktion energieeffizienter und wirtschaftlicher.

Klimawandel und Umwelt

Großflächige transparente Leiter – dünne Filme aus durchsichtigem und elektrisch leitendem Material – sind integrale Bestandteile einer Vielzahl von Anwendungen wie Dünnschichtsolarzellen, traditionellen LCD-Bildschirmen und OLED. Mit Hilfe der EU-Förderung aus dem Projekt OHMIO haben Forscher an neuen nachhaltigen leitfähigen und hochtransparenten Polymerwerkstoffen gearbeitet, aus denen neben anderen elektronischen Geräten auch günstigere und effizientere organische Solarzellen gebaut werden können. Die Arbeiten liefen im KMU Intenanomat S.L., das 2010 aus dem Institut für Werkstoffwissenschaften der Universität Valencia ausgegründet wurde. Das neue Produkt der Firma, Ohmidot™, ist ein hochflexibles transparentes Polymer, das Strom mit hohem Wirkungsgrad leitet und bei dem Probleme wie bei anderen am Markt bestehenden Produkten nicht entstehen. Hürden bei der Kommerzialisierung von Perowskit-Solarzellen Der Wirkungsgrad von Perowskit-Solarzellen hat sich seit ihrer Erfindung signifikant verbessert. Für eine weitere Verbesserung muss jedoch das Lochtransportmaterial optimiert werden – erst wenn dieses in die Perowskit-Solarzellen eingebaut werden kann, ist es überhaupt möglich, die Geräteleistung und Betriebsstabilität zu verbessern. „Solche Materialien spielen eine Schlüsselrolle, weil sie die Effizienz des Lochtransports selektiv verbessern, den Elektronentransfer zur Anode blockieren und Erosionen an der Schnittstelle zwischen Metall und Perowskit verhindern“, erklärt Pedro Rodríguez Cantó, der bei Intenanomat für Forschung und Entwicklung zuständig ist. Konventionelle Lochtransportschichten enthalten eine Polymermischung zweier Ionomere, die als PEDOT:PSS bezeichnet werden. Durch seine einzigartige Kombination von hervorragender Leitfähigkeit, Transparenz, Plastizität und Verarbeitbarkeit ist es in der Dünnfilm-Photovoltaik zum wichtigsten Werkstoff avanciert. Ein Nachteil ist aber, dass kommerzielle Mischungen von PEDOT:PSS sehr säurehaltig sein können, sodass die Feuchtigkeit die Korrosionsrate angrenzender Schichten innerhalb des Geräts deutlich anheben würde. Dadurch ist die Lebensdauer einer Perowskit-Solarzelle begrenzt und der Sprung auf den kommerziellen Markt wird erheblich erschwert. Schranken aufheben Die Projektforscher konnten diese Schranken erfolgreich überwinden. Diese Tatsache sollte in der Branche gut ankommen, da sie der Perowskit-Solarzellenindustrie den ersehnten Auftrieb gibt. „Die Technologie von OHMIO ist eine revolutionäre Innovation mit großem Einfluss auf die Herstellungskosten, die Lebensdauer und die Leistung flexibler elektronischer Geräte der jüngsten Generation“, so Rodríguez Cantó. Ohmid™ wird flüssig formuliert, mit ausgewählten Zusatzstoffen und umweltfreundlichen Lösungsmitteln. Bei dieser Formel wird kein Wasser mehr eingesetzt, da dieses nur die angrenzenden Schichten erodieren, die Nutzungsdauer des Geräts verkürzen und eine schlechte Ausbildung des Films verursachen würde. Hersteller haben damit auch die Möglichkeit, transparente leitfähige Polymere mit konventionellen Beschichtungs- und Drucktechnologien effizienter auf verschiedene Substrattypen zu drucken oder sie zu beschichten. Außerdem enthält die Formel keine Säuren oder anderen Elemente, die Probleme mit Korrosion verursachen könnten. Anwendungsgebiete Ohmidot™ kann so formuliert werden, dass es für jede Architektur von Perowskit-Solarzellen geeignet ist. Seine Fähigkeit, den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen, hängt damit zusammen, dass es für sichtbares Licht, aber besonders für das Nahinfrarotlicht hochtransparent ist, und zwar 30 % besser als der industrielle Standardwerkstoff PEDOT:PSS. Rodríguez Cantó erklärt weiter: „Ohmidot™ senkt die Produktionskosten von Solarzellen deutlich, weil die Oberflächen der Substrate vor der Beschichtung nicht mehr aktiviert werden müssen. Außerdem ist es in einer Lösung mit ausgewählten Zusatzstoffen und Lösungsmitteln formuliert, die für die Mehrheit konventioneller Beschichtungs- und Drucktechniken geeignet sind. Die Filmdicke kann auch auf bis zu 10 nm angepasst werden, was Rohstoffeinsparungen von bis zu 200 % mit sich bringt.“ Neben seinem Einsatz als Lochtransportmaterial in der Photovoltaik eröffnet die neue von OHMIO patentierte Technologie ein faszinierendes Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. Sie kann insbesondere zur Herstellung von transparenten Elektroden oder antistatischen Beschichtungen eingesetzt werden, die HIL-Schichten in OLED-Displays und Beleuchtung verbessern oder als Tinte für gedruckte Elektronik verwendet werden. Außerdem könnte der Werkstoff in Fenstern, Fotofilmen, Baustoffen, Polymerkondensatoren oder Gassensoren zum Einsatz kommen.