Herstellung einer witterungs- und langzeitstabile Verkapselungsfolie für Solarzellen – flex25

Die großflächige Nutzung der Solarenergie durch Gebäude integrierte Photovoltaik (BIPV von Building-integrated Photovoltaic) stellt eine der vielversprechendsten Möglichkeiten zur nachhaltigen Energiegewinnung dar.

Für eine lange Lebensdauer der Photovoltaikmodule ist es notwendig, sie vor dem Kontakt mit Feuchtigkeit zu schützen. Um eine Nutzung der Solarenergie auch auf Industrieflachdächern bzw. auf nicht ebenen Oberflächen zu ermöglichen, muss das derzeit zur Verkapselung eingesetzte Glas durch Hochbarrierefolien ersetzt werden. Diese besitzen ein geringeres Gewicht als Glas und sind im Gegensatz zu diesem flexibel.

Das Forschungsprojekt flex 25 wird in Zusammenarbeit von drei Fraunhofer-Instituten bearbeitet, dem Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, dem Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP und dem Institut für Silicatforschung ISC. Die Institute haben bereits eine Barrierefolie mit einer extrem niedrigen Wasserdampfdurchlässigkeit von 2×10^-4 g×m^-2×d^-1 (bei 38 °C, 90 rF) entwickelt. Diese Folie besteht aus einem PET-Substrat, auf das anorganische (z.B. AlO_x oder ZnSn_xO_y) sowie hybridpolymere (ORMOCER^®) Barrierematerialien durch Magnetron-Sputtern bzw. aus der flüssigen Phase aufgetragen werden.

Ziel des Projekts flex25 ist es, die entwickelte Folie hinsichtlich ihrer Stabilität gegenüber UV-Strahlung und Witterungseinflüssen zu optimieren. Für BIPV wird eine Lebensdauer von 25 Jahren angestrebt. Dazu ist sowohl für das Polymersubstrat als auch für die aufgetragenen Barriereschichten eine deutlich verbesserte Klimastabilität notwendig. Damit die Photovoltaikmodule die eingestrahlte Solarenergie effizient nutzen können, muss die Barrierefolie zudem eine ausreichend hohe optische Transparenz aufweisen, was eine hohe Herausforderung an den Beschichtungsprozess darstellt.

Die Forschungsarbeiten des Fraunhofer IVV konzentrieren sich auf die Substratfolie. Zusätzlich zur Transparenz und Klimastabilität wird für diese auch eine hohe Dimensionsstabilität unter thermischer und mechanischer Belastung gefordert. Nur unter dieser Voraussetzung lassen sich Barriereschichten hoher Qualität darauf auftragen und dadurch eine lange Lebensdauer der verkapselten Photovoltaikmodule erreichen. Um die Verkapselungsfolie wirtschaftlich industriell produzieren zu können, sollen alle Barrierematerialien im Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufgetragen werden können.