Materialien der organischen Photovoltaik auf der EXPO 2015 in Mailand

Der Deutsche Pavillon bei der EXPO 2015 in Mailand integriert eine neue Solarzellentechnologie in die Architektur: die flexible organische Photovoltaik (OPV). Besucher können bei der seit Mai 2015 eröffneten Weltausstellung die energieeffizienten Module integriert in stilisierten Bäumen, den sogenannten Solarbäumen, erleben.


Die futuristischen Pflanzen sind ein zentrales Gestaltungselement des Deutschen Pavillons: Sie symbolisieren einen „Ideenkeimling“ und verkörpern damit das Pavillonthema „Fields of Ideas“. Damit präsentiert sich Deutschland als lebendige, fruchtbare Landschaft voller Ideen für die Ernährung der Zukunft. Die Strom produzierenden OPV-Module in den Solarbäumen entstehen mit druckfertigen Formulierungen moderner Hochleistungspolymere, die Merck unter den Produktnamen lisicon® anbietet. Die blaue Farbe der sechseckigen OPV-Module geht auf die eingesetzten Materialien zurück. Sie konvertieren das einfallende Licht in Ladungsträger, die gesammelt werden können, um Elektrizität zu erzeugen. Das integrierte OPV-System wurde von einem hochqualifizierten Partnernetzwerk, der Arbeitsgemeinschaft Organische Photovoltaik, realisiert, mit Unterstützung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Moderne gedruckte Hochleistungspolymere von Merck sorgen für die Stromproduktion der futuristischen Solarbäume des Deutschen Pavillons

Brian Daniels, Leiter der Geschäftseinheit Advanced Technologies von Merck, freut sich darüber, dass die Zukunftstechnologie in Mailand viel Aufmerksamkeit bekommt: „Organische Photovoltaik ist eine unserer wichtigsten Wachstumsplattformen, wo wir innovative Materialien für die kostengünstige Produktion flexibler gedruckter Solarzellen entwickeln. Diese Solarzellen sind nicht nur effizient und langlebig, sondern auch ästhetisch für Architekturanwendungen. Die Solarbäume auf der Expo in Mailand sind ein gutes Beispiel dafür, wie diese Eigenschaften Architekten inspirieren können, intelligente Gebäude mit energieproduzierenden Fassaden zu konzipieren. OPV hat das Potenzial, das moderne Stadtleben zu verändern. Mit OPV können wir kleine Solaranlagen in jedes Gebäude integrieren, so dass landwirtschaftliche Flächen zur Nahrungsmittelproduktion genutzt werden können oder natürlich schön bleiben. Damit schließt sich der Kreis zum Expo-Thema‚ Feeding the Planet, Energy for Life‘“.

Folien mit organischer Photovoltaik haben im Vergleich zu klassischen Siliziumzellen einige Vorteile. Photoaktive organische Materialien werden hauchdünn auf transparente Kunststofffolien gedruckt. Die für den Druck verwendeten patentierten Spezialtinten setzen sich aus formulierten Materialmischungen zusammen, die – nachdem sie beschichtet wurden – Strom produzieren, wenn sie Licht ausgesetzt werden. „Kernbestandteil dieser Spezialtinten sind konjugierte Polymere, die für die Lichtabsorption verantwortlich sind“, erläutert Thomas Kietzke, Leiter des Geschäftsfelds Lighting & Photovoltaics. „Da ihr Absorptionskoeffizient sehr hoch ist, sind – anders als bei kristallinen Siliziumsolarzellen – schon Schichtdicken von wenigen hundert Nanometer ausreichend,  um das Licht einzusammeln. Die geringe Schichtdicke sorgt dafür, dass der Grad der Transparenz nach Kundenwunsch eingestellt werden kann.“

Farbige Solarpaneele schaffen für Architekten neue Perspektiven im Gebäudedesign.

Möglich sind mit dieser Technologie leichte und flexible semi-transparente Module. Dadurch können sie in allen Arten von Flächen eingesetzt. Allein in Deutschland könnten je nach Schätzung rund zwei bis drei Milliarden Quadratmeter Fassaden und Dächer für den Ausbau mit solchen Solarpaneelen genutzt werden. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, dass die Module eine relativ konstante Leistung erbringen, beispielsweise auch bei wolkigem Wetter oder künstlichem Licht. Sie lassen sich zudem in verschieden Farben herstellen und können so der Umgebung angepasst werden. Eine Eigenschaft, die besonders für das Gebäudedesign neue Möglichkeiten eröffnet. Ebenfalls vorteilhaft ist die kostengünstige Herstellung der OPV-Module. Da diese Polymermaterialien als flüssige Lösungen verarbeitet werden können, eignen sie sich für eine Vielzahl von Druckverfahren: Spin Coating, Inkjet-Druck oder Rolle-zu-Rolle-Verfahren wie Tief- und Flexodruck. In Gegensatz zu vielen anderen Polymeren für die OPV können die Materialien von Merck ohne Effizienzeinbußen der Solarzelle aus halogenfreien Lösungsmitteln prozessiert werden. Dies minimiert die Umweltbelastung bei deren Herstellung und entspricht somit gänzlich der Idee von grüner Energieerzeugung.

Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie verantwortet die Messe Frankfurt Organisation und Betrieb des Deutschen Pavillons auf der Weltausstellung 2015 in Mailand. Konzept, Planung und Realisierung des Deutschen Pavillons übernimmt die Arbeitsgemeinschaft der Unternehmen Schmidhuber (räumliches Konzept, Architektur und Generalplanung), Milla & Partner (inhaltliche Konzept, die Ausstellungs- und Mediengestaltung) und Nüssli Deutschland (Ausführung und Projektmanagement).

Weitere Informationen (inkl. Animation) zu diesem faszinierenden Thema finden Sie unter: https://www.merckgroup.com/de/stories/organic_photovoltaics_generating_power_and-creating_shade.html