Prof. Dr. Julien Bachmann, Lehrstuhl für Chemistry of Thin Film Materials an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg (FAU), erforscht laut einer Pressemitteilung der FAU den 3D-Druck besonders dünner Solarzellen aus nachhaltigen Materialien und eine Präzision bis zum Nanometerbereich. Dafür erhielt er den ERC Proof of Concept Grant, der an Forschende vergeben wird, die bereits einen ERC Grant erhalten haben und nun prüfen, welchen ökonomischen oder sozialen Mehrwert ihre Ergebnisse bringen.
Details zum ultrahochauflösenden 3D-Druck von Solarzellen
Prof. Dr. Bachmann zeigte bereits in früheren Arbeiten, wie die Oberflächenstruktur der Halbleiter auf kleinster Ebene die Effizienz der Solarzellen beeinflusst. Ein auf 0,000001 Millimeter, genauer und hochauflösender 3D-Drucker, hilft Bachmann bei systematischen Testungen, welche Oberflächengestaltung die Halbleiter am leistungsfähigsten macht. Diese Optimierung ist für den Einsatz nachhaltiger Materialien im Bereich erneuerbarer Energien notwendig.
Sind Halbleiter in Solarzellen für den Stromfluss verantwortlich, wurden diese bisher aus Silicium hergestellt. Das unflexible Herstellungsverfahren benötigt viel Energie und Ausgangsmaterialien. Nachhaltige Materialien, die in Wandfarbe oder Wimperntusche eingesetzt werden, sollen eine umweltfreundlichere Lösung bieten. Die gedruckten Solarzellen waren bisher jedoch weniger effizient, was Bachmann zufolge auf die auf Nanoebene unkontrollierte Oberflächenstruktur der Materialien zurückzuführen ist.
Bachmann untersuchte außerdem, wie die Oberflächenstruktur der Materialien gezielt geometrisch gestaltbar wäre, um die Effizienz der Solarzellen zu steigern. Zum Austesten seiner Erkenntnisse wählt er den Prototyping-Ansatz. Dazu wird er viele Prototypen mit dem hochauflösenden 3D-Drucker herstellen und einzelne Faktoren verändern. Dadurch kommt er mit minimalem Aufwand zur besten Version, heißt es in der Pressemitteilung der FAU weiter.
ALAM-3D-Druckverfahren macht Präzision in Atomlagen möglich
Die hohe Präzision, die bei dem Vorhaben benötigt wird, ermöglicht der 3D-Druck in Atomlagen (Engl. „Atomic-layer additive manufacturing“, ALAM), der vom Team gemeinsam mit der Slowakischen Akademie der Wissenschaften, der Technischen Universität Dänemark und dem Start-up Atlant 3D Nanosystems entwickelt wurde.
Um bis auf 0,000001 Millimeter präzise zu drucken, werden in ALAM die Atome einzeln von zu diesem Zweck gestalteten Molekülen auf die Oberfläche geliefert und aufgetragen.
Das Verfahren wird für die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen getestet. Prof. Bachmann wird den ALAM-Prototyp-Drucker optimieren und umbauen, um flexibel unterschiedliche Materialien – die für die Herstellung des Halbleiter-Aufbaus notwendig sind – aufeinander drucken zu können. Verschiedene Solarzell-Prototypen sollen mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen hergestellt und im Anschluss auf ihre Leistungsfähigkeit getestet werden. Am Ende sollen nachhaltige und effiziente Alternativen zu herkömmlichen Solarzellen entstanden sein.
Prof. Dr. Bachmann erklärt:
„Der normalgroße 3D-Druck hat die Herstellung und Weiterentwicklung von Prototypen in der Industrie revolutioniert. Die ALAM-Technik könnte eine solche Revolution auf Nanoebene bedeuten. Viel mehr Wirtschaftsakteure könnten damit Teile und Geräte auf Mikro- und Nanoebene selbst herstellen.“
Über die weiteren Entwicklungen zu diesem Verfahren und der Forschungsarbeit erfahren Sie auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (jetzt Newsletter abonnieren).
ATLANT 3D Nanosystems-Technologie im Video
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