Fraunhofer, das PhotonFlex-Projekt: Eine Excimer-Geschichte von USHIO

Fraunhofer – Entwicklung von heute für die Excimer-Zukunft von morgen

Fraunhofer ist Europas größte anwendungsorientierte Forschungsorganisation. Ziel dieser Gemeinschaft ist es, Forschungsergebnisse aus dem Labor der Industrie zugänglich zu machen. Dazu gehört auch die Umsetzung von Lösungskonzepten für öffentliche Projekte, die staatlich gefördert und von Fachleuten aus der Praxis durchgeführt werden. Zu diesen Branchenexperten gehört M. Sc. Ludwig Pongratz, Projektleiter für Mikro- und Nanostrukturierung am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik, der am Projekt PhotonFlex mitgearbeitet hat. In diesem Projekt wird ein Rolle-zu-Rolle-Drucksystem für organische Solarzellen entwickelt, beispielsweise flexible Solarzellen auf Kunststofffolien. Diese biegsamen und transparenten Solarzellen haben das Potenzial, die Energieproduktion im industriellen Maßstab voranzutreiben. Laden Sie Ihre Solarzellen jederzeit und überall. Ein ehrgeiziges, aber erreichbares Ziel – dank USHIO.

„Ohne die Excimer-Technologie von USHIO hätten wir diese Ergebnisse nicht erreichen können. Sie war das fehlende kompakte Puzzleteil. Das USHIO-Team hat sich von Anfang bis Ende engagiert für dieses Projekt eingesetzt. Seine Expertise und sein Service haben die hervorragenden Ergebnisse, die die Excimer-Technologie für das Projekt lieferte, noch weiter verstärkt. Excimer fixierte unsere Oberflächenhaftung, um die für das PhotonFlex-Projekt erforderliche herausragende Flexibilität und Transparenz zu erreichen. USHIO hat dies in kürzester Zeit, mit optimalem Umfang und auf optimale Weise erreicht.“ – M. Sc. Ludwig Pongratz Projektleiter Mikro- und Nanostrukturierung, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Für das PhotonFlex-Projekt hat sich Fraunhofer verpflichtet, einen Laborerfolg in die Großserienproduktion zu überführen. Während des Prozesses stand Pongratz vor einer besonderen Herausforderung: der Ausgleich der Oberflächenenergie von der elektrisch leitfähigen Schicht auf die transparente Kunststofffolie, die die Rolle umhüllt. Die dünnen Schichten müssen präzise und absolut homogen auf die ITO-Folien aufgetragen werden, um einen gleichmäßigen Energiezustand über die gesamte Rollenbreite zu gewährleisten. Andernfalls könnte die gleichbleibende Qualität der organischen Solarzellen beeinträchtigt werden. Ein wichtiges Merkmal und die dafür erforderliche Lösung mussten in einen 20 x 20 x 30 cm großen Rahmen passen. Pongratz suchte auf dem Markt nach einer geeigneten Lösung.

USHIO Excimer – Inline-Perfektion in kompakter Form

Pongratz war sich sicher, dass die Excimer-Technologie die richtige Wahl war. Excimer-Bestrahlung erfolgt durch eine speziell beschichtete, mit Edelgas gefüllte VUV-172-nm-Lampe, die hochenergetische Photonen emittiert. Diese Art der Bestrahlung ist besonders nützlich für eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen eine Erhöhung der Oberflächenenergie oder eine selektive Oberflächenmodifikation erforderlich ist. In diesem speziellen Fall sorgt die erhöhte Oberflächenenergie für eine stärkere Haftung des Materials auf der Oberfläche und verbessert so die Produktqualität drastisch.

Die Excimer-Technologie würde es Fraunhofer ermöglichen, Solarzellen mit aktiven Absorbern aus der Flüssigphase herzustellen. Dabei kommen laserbasierte Verfahren zur Zellumschaltung und hocheffizienten Trocknung zum Einsatz. Doch passt diese Lösung in den verfügbaren kompakten Raum? Die Excimer-Technologie macht eine Vakuumkammer überflüssig, da es sich um einen vollständig inline-Prozess handelt. Das USHIO Excimer-Modul misst nur 15 x 15 x 15 cm und passt somit perfekt in das Rolle-zu-Rolle-System.

Fraunhofer & USHIO – mehr als nur die perfekte Kombination

Die Zukunft zu gestalten ist keine leichte Aufgabe – es bedarf der Zusammenarbeit vieler Menschen, Marken und Technologien, um eine operative und konstruktive Lösung zu finden. Pongratz kommentiert den Prozess: „Das USHIO-Team reagierte sehr schnell und war gespannt auf die neue Anwendung seines Moduls. Sie schickten uns ein Demomodell zum Testen. Ein einziger Schulungstag genügte, um herauszufinden, wie wir die Excimer-Technologie zu unserem Vorteil nutzen können. Wie sich herausstellte, war sie der fehlende Schlüssel für unsere Rolle-zu-Rolle-Solarzellenproduktion. Die Oberflächenhaftung des Excimers und die Leistungen des USHIO-Teams sind so hervorragend, dass wir sie sogar in unserem nächsten Projekt einsetzen, das im Sommer 2019 startet. Wenn es so gut ist, gibt es keinen Zweifel.“

Das PhotonFlex-Projekt war ein voller Erfolg. Durch die Implementierung der USHIO-Excimer-Technologie konnte das Fraunhofer-Team ein skalierbares Produktionsverfahren für organische Solarzellen entwickeln. Pongratz und sein Team setzen sich dafür ein, die Forschung und den Maschinenbau in Nordrhein-Westfalen weiter zu unterstützen und so die Solarindustrie der Region als Säule der nachhaltigen Ressourcennutzung zu stärken. Auch in ihrem nächsten Projekt setzen sie auf die Excimer-Technologie von USHIO, die für Zuverlässigkeit, Stabilität und Effizienz sorgt.

Das Projekt PhotonFlex wird vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik (LAT) der Ruhr-Universität Bochum, der LIMO GmbH, der Coatema Coating Machinery GmbH, der Ortmann Digitaltechnik GmbH und der Ushio Europe B.V. durchgeführt.

PhotonFlex wird gefördert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) unter der Förderbezeichnung: EU-1-1-078E/EFRE-0800066

Herausforderung?

Das Fraunhofer-Institut benötigte eine Inline-Oberflächenhärtungstechnologie, die auf kleinstem Raum Platz findet.

Lösung?

USHIO Excimer-Modul – härtete die Oberflächenschicht optimal aus und passte perfekt in das kompakte Rolle-zu-Rolle-Produktionsmodul.

Warum Excimer-Technologie?

• Kompakt
• Flexibel
• Effizient

Warum USHIO?

• Engagiert
• Unkompliziert
• Ergebnisorientiert

Projektlaufzeit:

Sommer 2016 – Sommer 2019

Zeit bis zur technischen Perfektion:

• 9 Monate Testen, Experimentieren und Feinabstimmung der Einstellungen.
• Ein Tag Schulung in der Excimer-Technologie.