Industrialisering af plastsolceller, fase 2

Som følge af projektet er det lykkedes at forankre den grundlæggende plastsolcelle teknologi, ProcessOne, hos Mekoprint, at øge plastsolcellens dokumenterede levetid samt at udvikle en ny og forbedret produktionsteknologi.

For at forankre ProcessOne i egen organisation har Mekoprint arbejdet målrettet med at stabilisere deres produktion, med at forberede produktion i fuld skala og med at opbygge et marked for plastsolcellen.  Der er arbejdet med forbedring af proces tolerancer, med rulle-til-rulle karakterisering af de producerede solceller, med dokumentation af processen og med uddannelse af proces operatører. De planlagte og udførte handlinger er blevet sammenfattet i et SIPOC diagram.

En ny solcelle laser-pointer er udviklet. 2000 styk er produceret, og disse benyttes til at skabe fokus i markedet på plastsolcellen. Der arbejdes aktivt med at opbygge et marked for belysningsprodukter i tredje verdens lande. Mekoprints markedskommunikation viser, at forbedring af solcellens pris, levetid og elektrisk ydelse er nødvendigt for at nå ud på markedet.

Et karakteriseringslaboratorium for levetidstest af organiske solceller er etableret. Laboratoriet benyttes til real-time og accelereret afprøvning både indendørs og udendørs. Det er benyttet til at udvikle en pålidelig metode til forudsigelse af levetiden ud fra accelererede tests. Metoden dokumenterer en holdbarhed på 2 år (T80) for et plastsolcellemodul, som er indkapslet i en højkvalitets fødevare-barriere. Foreløbige accelererede målinger på en tilsvarende enhed indkapslet i to lag af den samme barriere viser en 5 ganges forbedring af solcellestabiliteten. Ud fra dette vurderes det, at 5 års levetid er indenfor rækkevidde.

DTUs produktionsteknologi er rationaliseret ved at den tidligere indkøbte indium-tin-oxid (ITO) elektrode, som fremstilles under højt vakuum, er udskiftet med en nyudviklet rulle-til-rulle fremstillet elektrode. Dette giver flere fordele; brugen af ressourcekrævende vakuum processer elimineres, antal procestrin reduceres, og det substrat, som leveres med ITO-elektroden spares væk. Erstatning af ITO-elektroden giver også uafhængighed af den knappe ressource indium, som på grund af både pris og knap tilgængelighed vil hindre stor-skala udbredelse af teknologien.  Sølv har også vist sig som en kritisk ressource. En kraftig stigning i sølvprisen har resulteret i, at produktionsprisen for standard ProcessOne er mere end fordoblet i løbet af projektet.  Derfor har man i projektet også udviklet processer, hvor sølv er erstattet af organiske materialer.

Internationale miljøer rapporterer nu > 11 % effektivitet for små organiske solceller. Det har dog vist sig at være svært at opnå tilsvarende høj effektivitet ved rulle-til-rulle fremstilling af større celler. En effektivitet på 4,5 % er dog opnået, men med et navnebeskyttet aktivt materiale. Dette materiale er imidlertid så dyrt, at det er i modstrid med målet om en plastsolcelle med konkurrencedygtig pris. Standardmaterialet P3HT:PCBM vurderes derfor stadig som det bedste valg, når der tages hensyn til økonomi, stabilitet og produktion.

Ved udgangen af projektets fase 1 var produktionsomkostningerne for ProcessOne 5 €/Wp ved produktion hos DTU. På grund af den øgede sølvpris er produktionsomkostningerne nu 11 €/Wp. De processer, som er udviklet i projektet, og som er mere avancerede end ProcessOne, har reduceret produktionsomkostningerne til 4-6 €/Wp afhængigt af, om der indgår sølv eller ikke. Medregnes en fremtidig ”economy of scale” effekt for af de indgående materialerne reduceres produktionsomkostningerne til <1 €/Wp.