Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie für Designanwendungen und Photovoltaik
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| Rolle-zu-Rolle Pilotband-beschichtungsanlage atmoFlex 1250 mit 1200 mm Beschichtungsbreite für die Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie (RzR-NIL-Prozess)(© Fraunhofer FEP, Jan Hosan) |
Im Rahmen des EU-Projekts PERSEUS entwickelt das Fraunhofer FEP neue optisch wirksame Oberflächenstrukturen für Perowskit-Solarzellen. Durch den Einsatz der Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie (NIL) sollen Reflexionsverluste minimiert und der Wirkungsgrad von Solarzellen gesteigert werden. Im Projekt Design-PV werden dekorative Oberflächen für fassadenintegrierte Photovoltaikmodule mittels der NIL entwickelt. Die vielseitige NIL-Technologie bietet darüber hinaus Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Antifouling, Entspiegelung und Medizintechnik. Einen Einblick in die Fortschritte und Möglichkeiten der neuen Prozesstechnologie bot das Fraunhofer FEP während der ICE Europe 2025 vom 11. bis 13. März 2025 in München.
Fassadenintegrierte Photovoltaik (BIPV) verbindet nachhaltige Energieerzeugung mit modernem Gebäudedesign. Sie ermöglicht es, Solarmodule nahtlos in Fassaden zu integrieren, beeinträchtigt jedoch bislang das architektonische Erscheinungsbild. Im vom BMWK geförderten Projekt Design-PV werden ästhetisch ansprechende Lösungen entwickelt, die PV-aktive Fassadenbereiche unsichtbar mit nichtaktiven Flächen kombinieren. Zusammen mit fünf weiteren Partnern entwickelt das Fraunhofer FEP haptische Oberflächen, welche mittels Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie (RzR-NIL) hergestellt werden.
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| Haptische Oberfläche auf einer Polymerfolie,erzeugt mittels RzR-NIL (© Fraunhofer FEP) |
Neben den ästhetischen Aspekten von Solarmodulen steht deren Effizienzsteigerung und die Verringerung von Reflexionsverlusten im Mittelpunkt neuer Technologien. Das im Januar 2025 begonnene und durch die EU-geförderte Forschungsprojekt zielt darauf ab, innovative Verfahren für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Perowskitsolarzellen zu entwickeln. Ein Schwerpunkt bilden dabei optisch wirksame Oberflächenstrukturen, um Reflexionsverluste zu minimieren und den Wirkungsgrad der Solarzellen zu erhöhen. Das Fraunhofer FEP arbeitet hierzu unter Nutzung der RzR-NIL-Technologie an der kostengünstigen Herstellung derartiger Strukturen, welche in Zusammenarbeit mit 16 Partnern in Photovoltaikmodule für Indoor- und Outdoor- Anwendungen integriert werden.
Mittels NIL werden Oberflächentopografien auf Folien mit Strukturgrößen von wenigen 100 nm über einige Mikrometer bis zum Millimeterbereich in einem Rolle-zu-Rolle- Prozess hergestellt. Dies ermöglicht eine großflächige, kontinuierliche Produktion der Folien. 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 1250 mm und einer Prozessgeschwindigkeit von mehreren 10 Metern pro Minute durchgeführt. Dies garantiert eine hohe Produktivität.
Neben optischen oder photovoltaischen Anwendungen hat die Technologie vielfältige weitere Einsatzmöglichkeiten. Flexible Materialien verlangen oftmals eine spezielle Oberflächentopografie, die durch die NILAbformung einfach und günstig ermöglicht wird. Zielanwendungen für derart ausgestattete Folien sind zum Beispiel Lab-on-Chip- Strukturen, die Verminderung von Biofouling im maritimen Bereich, die Verbesserung der Strömungseigenschaften bei Windrädern und Containerschiffen oder die Entspiegelung von Fenstern. Auch Batterieelektroden können von einem strukturierten Substrat hinsichtlich Zyklenfestigkeit und Kapazität profitieren.
Das Fraunhofer FEP verfügt über umfassende Expertise in der Beschichtung flexibler Substrate wie Folien. Mit der hauseigenen Rolle-zu- Rolle-Anlage atmoFlex 1250 ist es zudem in der Lage, unter atmosphärischen Bedingungen Beschichtungen durchzuführen, was zusätzliche Effizienzvorteile und Kosteneinsparungen bei der Herstellung ermöglicht.
