Aus organischen Materialien hergestellte Bauelemente, wie zum Beispiel Solarzellen oder Leuchtdioden (OLEDs), sind mechanisch flexibel, leicht, semitransparent und kostengünstig. Denkbar sind damit Solarzellen, so dünn und biegsam, dass sie sich in Gebäudefassaden oder Fensterglas großflächig integrieren lassen. Weitere mögliche Anwendungsfelder sind Beleuchtungselemente, Displaytechnologien oder die medizinische Diagnostik.
Im gemeinsamen Forschungsprojekt RollFlex treiben die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), die Syddanks Universitet (SDU), der dänische Anlagenhersteller Stensborg A/S und die Kieler Phi-Stone AG die Entwicklung dieser Bauelemente seit drei Jahren weiter voran, gemeinsam mit einem wachsenden Netzwerk aus weiteren industriellen, regionalen und internationalen Partnern. So hat die Europäische Union ihre Förderung des Projekts jetzt bis 2020 um noch einmal 800.000 Euro verlängert. Aktuelle Erkenntnisse zu Herstellung und Funktion dieser organischen Bauelemente stellen die Hochschul- und Firmenpartner vom 1. bis 5. April am CAU-Stand auf der Hannover Messe vor. Ziel des Projektes ist es, organische Materialien und Bauteile großflächig auf dünne Substrate wie flexibles Glas oder Plastikfilme zu drucken. Im dänischen Sonderburg ist mit dem RollFlex-Innovationsprojektcenter ein Labor zur Weiterentwicklung von Rolle-zu-Rolle-Druckanlagen entstanden. „Das RollFlex-Projekt bündelt Kompetenzen im Rolle-zu-Rolle-Druck und zur Optimierung von organischen Bauteilen. Mit der Verbindung langjähriger Erfahrungen aus Wissenschaft und Industrie wollen wir in den nächsten Jahren die organischen Bauteile für den Markt weiterentwickeln“, so Martina Gerken, Professorin am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik und Projektleiterin an der CAU. Kieler entwickeln top-emitting OLEDs Zunächst untersuchte das Kieler Forschungsteam dafür eine neue OLED-Struktur, basierend auf dem Polymer "Super Yellow", im Labormaßstab: Im Kieler Nanolabor wurden flexible und invertierte top-emitting OLEDs hergestellt, um dieselbe Effizienz wie invertierte bottom-emitting OLEDs zu erreichen (8 cd/A). Top-emitting OLEDs bieten dabei einige Vorteile. Beispielsweise werden sie frei von Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt, was die Prozesskosten senkt und eine Rolle-zu-Rolle Herstellung ermöglicht. Die in Kiel untersuchte Struktur wurde im Anschluss an der SDU in Sonderburg mittels Schlitzdüsenbeschichtung (slot-die coating) hochskaliert. Die Effizienz der so hergestellten OLEDs ist zwar geringer (2 cd/A), jedoch sind sie die ersten top-emitting OLEDs, welche 3000 cd/m² erreichen und im slot-die coating Prozess hergestellt sind. Zusammen mit ihrem Team will Gerken in dem Projekt außerdem die Lichtauskopplung von OLEDs durch die gezielte Nano- und Mikrostrukturierung ihrer Oberfläche in Wellenlänge und Auskoppelwinkel maßschneidern. Dabei kooperieren sie mit der Kieler Firma Phi-Stone AG, die unter anderem Folien mit speziellen Mikropartikeln entwickelt. Damit sollen organische Leuchtelemente vor Feuchtigkeit geschützt und die die Streuwirkung erhöht werden. Semitransparente und flexible Solarmodule aus dem Drucker Im dänischen Rolle-zu-Rolle-Drucklabor wurden mit Hilfe des sogenannten Schlitzdüsendrucks flexible organische Solarzellenmodule entwickelt. Die semitransparenten Demonstratoren basieren auf organischer Photovoltaik mit nicht-Fulleren-Akzeptoren und können so an der Luft mit umweltfreundlichen Materialien gedruckt werden. Die Module sind frei von spröden und teuren Indiumzinnoxid Materialien, die normalerweise für transparente Elektroden verwendet werden. Während nicht-transparente Solarzellen eine Effizienz von 5 Prozent erreichen, kommen semitransparente zurzeit auf 3 Prozent. „Wir freuen uns sehr, dass Interreg die Fortschritte im RollFlex-Projekt weiter fördert. Nicht nur konnten wir neue Forschungsergebnisse zur Rolle-zu-Rolle-Herstellung organischer Bauteile liefern, sondern auch neue industrielle Kooperationen etablieren“, so Associate Professor Morten Madsen, Leiter der Gruppe „Organic Photovoltaics“ an der SDU NanoSYD in Sønderborg und Leiter des RollFlex-Projekts. Inspiriert durch das RollFlex-Projekts hat der dänische Netzwerkpartner Stensborg ein kompaktes Druckwerkzeug für die Nano-Lithographie im Labormaßstab zur Marktreife gebracht. Damit können nanofunktionale Strukturen wie Hologramme für Lab-on-a-Chip-Anwendungen oder lichtbeugende optische Elemente gedruckt oder lichthärtende Kunststoffe analysiert werden.