Technologie

Vakuumdeposition im Rolle-zu-Rolle-Verfahren: Innovative Technologie trifft Pioniergeist.

Technologieführer auf dem Weg zur kostengünstigen Massenproduktion

Die Produktion der Solarfolien findet bei Heliatek im effizienten „Rolle-zu- Rolle-Verfahren“ im Vakuum bzw. unter inerter Atmosphäre statt. Zusammen mit namhaften Anlagenbauern, Technologielieferanten und Softwarespezialisten wurden die Fertigungsanlagen speziell für das Fertigungsverfahren von Heliatek entwickelt.

Die nächste Generation der Solarenergie

Im Gegensatz zu kristallinen Solarzellen und zur konventionellen Dünnschichttechnologie bestehen unsere Solarfolien aus ultradünnen Schichten organischer Moleküle. Diese werden bei sehr niedrigen Temperaturen auf eine kostengünstige, flexible PET-Folie abgeschieden.

Der Vorteil der Heliatek-Technologie im Vergleich zu organischen Solarzellen auf Basis gedruckter Polymere liegt in einer besseren Prozesskontrolle, höheren Effizienz und vor allem deutlich längeren Lebensdauer. Unser Ansatz erlaubt es dabei, Synergien mit der OLED-Technologie zu nutzen, welche sich insbesondere für Displays bereits fest am Markt etabliert hat.

Einzigartig effizienter Materialeinsatz

Alle Absorber Materialien für unsere kohlenstoff-basierten Solarzellen entwickeln wir in Eigenregie in unserer F&E-Abteilung. Auf diese Weise behalten wir die komplette Kontrolle über die Rohmaterialien und können schnell auf Veränderungen im Produktionsprozess reagieren.

Die innovative Produktion im Rolle-zu-Rolle Verfahren bietet vielfache Vorteile: hoher Durchsatz, hoher Ertrag und geringe Kosten. So benötigen wir zum Beispiel für 1m² HeliaFilm® gerade einmal 1g organisches Ausgangsmaterial. Zusammen mit dem äußerst geringen Energieverbrauch des Produktionsprozesses führt dies zu einer einzigartig kurzen energetischen Amortisierungszeit, der sogenannten „energy payback time“ von weniger als 3 Monaten.

Alle Vorteile auf einen Blick:

  • Äußerst geringer Energieaufwand
  • Kein Reinraum erforderlich
  • Niedrige Prozesstemperaturen
  • Substrat aus flexibler PET-Folie
  • Sehr geringer Flächenbedarf
  • Kein aufwendiger Recycling-Prozess
  • Geringer Rohstoffeinsatz (nur 1 g organisches Ausgangsmaterial für 1 qm)
  • Keine Gefahrenstoffe (Säuren, toxische Lösungsmittel, Gase etc.) im Fertigungsverfahren
  • Nahezu unbegrenzt verfügbare und nicht toxische Rohstoffe (d.h. keine seltene Erden, keine Schwermetalle etc.)

Innovative Lasertechnologie

Präzise Laserstrukturierung sorgt für einen minimalen Abtrag der aktiven Schichten.

Anders als die OPV Technologie auf Basis großer Moleküle (Polymere), die mit komplexen Lösungsmitteln und verschiedenen Druckverfahren arbeitet, werden die kleinen Moleküle bei Heliatek einfach auf das Substrat aufgedampft. Mittels einer sehr präzisen Laser-Strukturierung wird dann die zur Verfügung stehende Fläche optimal ausgenutzt.

Nicht nur heiße Luft?

Die kleinen Moleküle werden durch thermisch induziertes Verdampfen auf das Substrat aufgebracht. In diesem Prozess wird die Trägerfolie maximal auf 120 °C aufgeheizt, was die Verwendung kostengünstiger PET Folien ermöglicht. Dies ist in Bezug auf Materialkosten und Energieeinsatz ein entscheidender Vorteil gegenüber klassischen, anorganischen Dünnschicht-Solarzellen (auf Basis von CIGS, CdTe oder amorphem Silizium), welche Trägermaterialien benötigen, die ca. 500 °C ausgesetzt werden können.

 

Aktuell befindet sich Heliatek im Ausbau der Serienproduktion. Unser Ziel ist es, die flexiblen Solarzellen in naher Zukunft in großen Volumina herzustellen.

Durch die permanente Steigerung des Produktionsvolumens bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung können die Produktionskosten entscheidend sukzessiv gesenkt werden, so dass unsere Kunden ihren Strom auch in der Fassade zu konkurrenzfähigen Kosten produzieren können.

Die Kombination unseres Know-how der chemischen Synthese in enger Verzahnung mit der angewandten Physik und der Ingenieurskunst ist weltweit einzigartig. Zudem verfügt Heliatek über ein enges Kooperationsnetzwerk mit zahlreichen Universitäten, Forschungsinstituten und Technologieunternehmen in Deutschland und Europa. Diese Konstellation ermöglicht einen schnellen und effizienten Transfer von neuesten Erkenntnissen der Grundlagenforschung in unsere Produktion. Sie ist die Grundlage für die weltweite Technologieführerschaft, die wir uns in den letzten Jahren erarbeitet haben, und für die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie.

Entwicklung des organischen Ausgangsmaterials

Forschung und Entwicklung für mehr Innovation

Zahlreiche Patente in den Bereichen Chemie und Physik bilden die Grundlage unserer einzigartigen Technologie. Und wir entwickeln sie kontinuierlich weiter.

Weltrekord mit 13,2% Zelleffizienz

Wir halten derzeit den Weltrekord von 13,2% Zelleffizienz für opake organische Solarzellen. Die neueste Entwicklung ermöglicht Transparenzgrade von bis zu 30% bei einer Effizienz über 6%. Aufgrund des hervorragenden Schwachlichtverhaltens und der Effizienzsteigerung mit steigender Temperatur sammelt eine Solarzelle von Heliatek mit 13,2% Effizienz pro Jahr genauso viel Energie ein wie eine klassische Solarzelle mit 14-15% Wirkungsgrad.

Die Stabilität organischer Solarzellen wurde unter realen Bedingungen und in diversen „beschleunigten Alterungstests“, u.a. unter thermischer Belastung bei 85 °C, kontinuierlicher UV-Beleuchtung, kontinuierlicher Beleuchtung mit einer Bestrahlungsstärke von 1000 W/m2, feuchter Hitze (85 °C, 85 % Luftfeuchtigkeit) getestet. Die flexiblen Zellen halten dabei bis zu 3.000 Stunden bei 85°C / 85% r.h. mit weniger als 10% Degradation stand. Damit sind sie bei weitem robuster als der Industriestandard (1000h bei  85°C / 85% r.h.) es fordert.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeit sowie die Installation der Produktionstechnologie wurden durch den Freistaat Sachsen, die Bundesrepublik Deutschland und die Europäische Union unterstützt.

 

HeliaFilm® auf Glas

Mit transparenten Solarfolien kann Fensterglas zur Energiegewinnung genutzt werden ohne das Gebäudedesign zu stören.

 

Anwendungen