Aufklärung des Filmbildungsprozesses gedruckter Photovoltaik durch Simulation und Experiment ("SimPrint")

• Antragsteller: Dr. Andreas Distler; Professor Dr. Jan Lohbreier
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568785499

Organische und Perowskit-basierte Photovoltaik sind aufstrebende PV-Technologien der neuesten Generation, welche aufgrund ihrer Eigenschaften hohes Zukunftspotential besitzen. Die Möglichkeit die Solarmodule leicht, flexibel und semitransparent zu gestalten, ermöglicht neuartige Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen, insbesondere in der Gebäudeintegration (Fassaden & Fenster) und der Agri-Photovoltaik (Gewächshäuser). Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist ihr Herstellungsverfahren, denn die Solarmodule können mit geringem Kosten- und Energieaufwand in einem lösungsprozessierten Rolle-zu-Rolle-Druck hergestellt werden. Hierfür kommt vorwiegend die Schlitzdüsenbeschichtung als Drucktechnologie zum Einsatz. Während die Schlitzdüsenbeschichtung in manchen Anwendungsbereichen schon einen industriellen Standard darstellt, wird ihr für die Herstellung gedruckter Photovoltaik zwar das größte Potential zugeschrieben, sie ist jedoch derzeit diesbezüglich noch nicht hinreichend untersucht und verstanden. Aus diesem Grund ist es derzeit noch nicht möglich großflächige gedruckte Solarmodule im Rolle-zu-Rolle-Verfahren herzustellen, deren Wirkungsgrade an die kleiner Laborzellen heranreichen. Ziel dieses Projektes ist es daher ein fundamentales Verständnis des Filmbildungsprozesses bei der Herstellung gedruckter Photovoltaik mittels Schlitzdüse zu schaffen. Zu diesem Zweck wird ein hochkomplexes aber vielseitig einsetzbares Fluiddynamik-Simulationsmodell kreiert, welches als digitaler Zwilling zur realen Beschichtung fungiert. Die Ergebnisse der Simulationen werden durch praktische Experimente verifiziert und der direkte Vergleich von simulativer Vorhersage und experimenteller Charakterisierung wird zu tiefen Einblicken in die Physik des Druckprozesses führen. Der Effekt von Partikel-, Tinten- und Oberflächeneigenschaften auf die Fluidströmungen und die finale Filmbildung wird systematisch untersucht und aufgeklärt. Auf diese Art und Weise sollen Designregeln zur Herstellung homogener und defektfreier Beschichtungen erstellt werden. Abschließendes Ziel ist es ein grundlegendes Verständnis für den Zusammenhang zwischen Prozessbedingungen, Filmeigenschaften und Solarmodulverhalten zu generieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen