Kreislaufwirtschaft Die erste organische Solarzelle hilft gegen Vermüllung

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Die Partner des EU-Projektes „FlexFunction2Sustain“ haben die erste Solarzelle entwickelt, die als Polypropylen-Altmaterial besteht. Mit dabei sind Forscher des Fraunhofer-FEP aus Dresden.

Eine Hautpursache für die Verbreitung von Kunststoffabfällen sind achtlos entsorgte Verpackungsmaterialien, die wichtige Produkte und Lebensmittel sicher und eigentlich ressourcenschonend haltbar machen. Damit der Wegwerfmentalität gezielt begegnet werden kann, gibt es das EU-Projekt „FlexFunction2Sustain“, durch das die Nachhaltigkeit bei Kunststoff- und Papierprodukten mithilfe smarter Technik verbessert werden soll.

Das Ganze geschieht auch mit dem Blick auf das sogenannte Smart Packaging, bei dem nun auch umweltfreundlichere Elektronik zum Einsatz kommt, durch die man Produkte später tracken kann, so die Experten. Mehrschichtsysteme, die kaum zu rezyklieren sind, sollen dabei wenn nötig auch gleich durch biobasierte Kunststoff-Mono-Systeme ersetzt werden.

Und das „FlexFunction2Sustain“-Netzwerk – ein Open Innovation Testbed (OITB) für Nanofunktionalisierungstechnologien – bietet Zugang zu vielen Dienstleistungen, die Innovationen unterstützen: etwa vom Material- und Produktdesign, der Technologie- und Produktentwicklung, der Kleinserienproduktion bis hin zur Erschließung von Finanzierungsquellen. Das erste Highlight aus diesem Schaffenskreis ist nach zwei Jahren eine funktionierende organische Solarzelle (OPV), die auf recyceltem Polypropylen basiert – kurz auf r-PP. So eine OPV könnte die besagte Tracking-Elektronik mit Strom versorgen.

So baut man eine nachhaltige OVP

Die Projektpartner Fraunhofer-IVV und IPC Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites verwendeten dazu r-PP, das aus einem neu entwickelten Verpackungsmaterial für wiederverwertbare Getränkebeutel gewonnen wurde, gemischt mit neuem Polyproypylen. Daraus entstand eine Substratfolie für gedruckte Elektronik mit einem Rezyklatanteil von 50 Prozent.

Am Fraunhofer-FEP wurde eine transparente Elektrode aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) per Rolle-zu-Rolle-Vakuumbeschichtung mittels Magnetronsputtern mit den passenden Prozess- und Wickelparametern aufgebracht. Das Ergebnis sei beeindruckend, denn trotz der im Substrat verwendeten Rezyklate weise das ITO fast den gleichen Schichtwiderstand auf, den auch unbehandelte Foliensubstrate hätten.

Organic Electronics Technologies P.C. (OET) in Griechenland übernahm dann die R2R-Schlitzdüsen-Beschichtung zur Herstellung der organischen Solarzellen, gefolgt von einem Verkapselungsschritt und sich anschließendem Druck der organischen Materialien bis zur fertigen organischen Solarzelle. Die Wissenschaftler von OET führten mehrere Versuche zu den Beschichtungsparametern durch und erreichten so prozesssichere OPV-Schichten auf dem 50-Prozent-r-PP-Substrat. Die Funktion der Solarzelle als Bauelement wurde mit einem maximalen Wirkungsgrad von 1 Prozent erstmals nachgewiesen. Das scheint wenig, reicht aber aus, um der smarten Elektronik zum Tracken genug Strom zu liefern, betonen die Griechen. Eine Steigerung um über 5 Prozent scheint machbar.

Einen Nachhaltigkeits-Stein ins Rollen gebracht

Damit habe man einen ersten großen Schritt zur Entwicklung umweltfreundlicherer Produktdesigns und flexibler Elektronik getan. Künftig könnten auf Basis dieses Erfolges Produkte wie smarte Verpackungen, aber auch interaktive Zeitschriften im Bereich Werbung sowie Consumer-Geräte konzipiert werden. Aufgrund der flexiblen Elektronik wie einer organischen Solarzelle auf recyceltem Material werden die Produkte von morgen mit Strom versorgt, um ihre Funktionalität zu erfüllen, was deshalb auch noch umweltfreundlicher klappt. Das „FlexFunction2Sustain“-Konsortium freut sich nun auf vertiefende Diskussionen während der IndTech 2022 in Grenoble.

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