Optimierung von Perowskit-Solarzellen durch Rolle-zu-Rolle-Nanoimprint-Lithographie

Perowskit-Solarzellen Nano-Imprint-Lithografie senkt Reflexionsverluste und erhöht den Wirkungsgrad

03.03.2025 Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Inst. für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und. Plasmatechnik FEP

Forscher arbeiten an einer neuen, optisch effizienteren Oberflächenstruktur für Perowskit-Solarzellen. Durch den Einsatz der Rolle-zu-Rolle-Nanoimprint-Lithographie (NIL) sollen Reflexionsverluste minimiert und der Wirkungsgrad der Solarzellen erhöht werden.

Rolle-zu-Rolle Pilot-Bandbeschichtungsanlage atmoFlex 1250 mit einer Beschichtungsbreite von 1200 mm für die Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithographie (RzR-NIL-Prozess).(Bild: Fraunhofer FEP) — Rolle-zu-Rolle Pilot-Bandbeschichtungsanlage atmoFlex 1250 mit einer Beschichtungsbreite von 1200 mm für die Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithographie (RzR-NIL-Prozess).
(Bild: Fraunhofer FEP)

Im Rahmen des im Januar 2025 begonnenen und durch die EU-geförderte Forschungsprojekt PERSEUS entwickelt das Fraunhofer FEP neue optisch wirksame Oberflächenstrukturen, um die Effizienz von Perowskit-Solarzellen zu steigern. Ziel ist es, durch den Einsatz der Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie (RzR-NIL) Verluste durch Reflexionen zu minimieren und den Wirkungsgrad der Solarzellen signifikant zu erhöhen. Das Fraunhofer FEP arbeitet unter Nutzung der RzR-NIL-Technologie an der kostengünstigen Herstellung derartiger Strukturen, welche zusammen mit 16 Partnern in Photovoltaikmodule für den Einstz in oder am Gebäude ermöglichen sollen.

Nano-Imprint-Lithografie

Die RzR-NIL-Technologie ermöglicht die großflächige Strukturierung von Folien von wenigen 100 nm bis mikro- oder millimetergroßen Oberflächenmustern. Damit lassen sich Lichtmanagement-Eigenschaften gezielt anpassen, um die Absorption des Sonnenlichts in der aktiven Schicht der Solarzelle zu optimieren. Der Vorteil der Methode liegt in der kosteneffizienten und skalierbaren Produktion optischer Strukturen im kontinuierlichen Verfahren.

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 1.250 mm und einer Prozessgeschwindigkeit von mehreren 10 Metern pro Minute durchgeführt. Diese hohen Durchsätze machen die Technologie attraktiv für industrielle Anwendungen.

Gezielte Lichtlenkung verbessert Stromausbeute

Die optimierten Oberflächenstrukturen steigern nicht nur den Absorptionsgrad von Perowskit-Solarzellen, sondern ermöglichen durch gezielte Lichtlenkung auch eine verbesserte Stromausbeute. Darüber hinaus bietet die NIL-Technologie eine Vielzahl weiterer Anwendungen, unter anderem für:

BIPV (Building Integrated Photovoltaics): Ästhetische und effiziente Fassaden mit dekorativen und strukturierten Oberflächen (Projekt Design-PV).

Antireflexbeschichtungen: Weniger Lichtverlusten bei optischen Bauelementen.

Medizintechnik: Oberflächenstrukturen für biokompatible Anwendungen.

Verbesserte Strömung: Funktionalisierte Folien für Luft- und Wasserströmungen.

Dr. Steffen Günther, Gruppenleiter am Fraunhofer FEP, betont: „Mit der Nano-Imprint-Lithografie im Rolle-zu-Rolle-Verfahren eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten zur Reduktion von Reflexionsverlusten und zur Effizienzsteigerung von Perowskit-Solarzellen. Unsere Herausforderung liegt in der langfristigen Prozessstabilität sowie der Optimierung der Abformbarkeit und Strahlenvernetzung der Lacke.“ (heh)

Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung von flexiblen Perowskit-Solarzellen in der Pilotanlage des VTT. Ein europäisches Forschungsprojekt soll die Effizienz und Stabilität der Solarzellen verbessern. (Bild: VTT Oy)

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Stand: 08.12.2025

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