Flexodruck trifft auf Elektronik: Solarzellen sind erst der Anfang

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat ContiTech ein neuartiges Verfahren entwickelt, das die Produktionskosten für Solarzellen nachhaltig reduzieren soll. Mit diesem Technologievorsprung könnte Deutschland wieder weltweit wettbewerbsfähig in diesem Segment werden.

Flexodruck trifft auf ElektronikVon links nach rechts: Björn Heise, Anwendungstechniker bei ContiTech Elastomer Coatings, und Produktionsmitarbeiter Torsten Raschdorf prüfen die feinen Strukturen einer Flexodruckform, die mit Hightech-Laserwerkzeugen herausgearbeitet wurde.​
Interaktive Visitenkarten mit QR-Codes, sprechende Produktverpackungen, E-Books mit sofort verfügbaren Büchern, Displays, Kühlschrankmagneten mit Bluetooth-Sensor und Speicherchip, sodass der Einkaufszettel automatisch erstellt werden kann: Mit gedruckter Elektronik lassen sich in Zukunft viele Wünsche kostengünstig und benutzerfreundlich realisieren. Innovationstreiber aus der Industrie haben das Potenzial dieser Nischentechnologie erkannt und längst den nächsten Schritt eingeleitet. Drucken ist und bleibt eine äußerst anspruchsvolle und fortschrittliche Fertigungstechnologie, die immer weiterentwickelt und verbessert wird – nämlich gepaart mit elektronischen Bauelementen. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme und weiteren Partnern hat ContiTech ein neuartiges Verfahren entwickelt, das die Produktionskosten für Solarzellen nachhaltig reduzieren soll und präsentiert einen Prototypen einer im Flexodruckverfahren hergestellten Solarzelle.
Flexodruck trifft auf ElektronikDorothea Bunzendahl, Area Manager bei ContiTech Elastomer Coatings in Northeim, gehört mit zum siebenköpfigen Team, das die Entwicklung im funktionalen Drucken vorantreibt.​

„Wir schlagen hier mindestens zwei Fliegen mit einer Klappe“, stellt Armin Senne, Flexo Business Manager der ContiTech, ein Muster vor. „Wir halten damit erstens ein Produkt in der Hand, das die Kosten für die Massenherstellung von Solarzellen nachhaltig senkt. Und daraus folgt zweitens, dass wir einen entscheidenden Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands gegenüber Billigmärkten leisten.“

Anstelle von klassischer Druckfarbe kommen organische oder polymere verdruckbare Fluide in pastöser Form zum Einsatz, die elektrischen Strom leiten. Die leitfähigen Materialien werden im Druckverfahren auf das Trägermaterial aufgebracht, egal ob auf Papier, Folien, Textilien oder Silizium-Wafer. Wafer sind kreisrunde oder quadratische, ca. 1 Millimeter dicke Scheiben, die das Substrat, das heißt die Grundplatte für elektronische Bausteine, darstellen.

Einiges schon Realität, einiges noch Zukunftsmusik

„Mit dieser innovativen Technologie stehen wir aber erst am Anfang einer Entwicklung, die ContiTech vorantreiben wird. Gemäß unserem Leitgedanken des Engineering Next Level wollen wir neue Einsatzfelder für unsere Produkte erschließen und zügig zugänglich machen. Wir forschen mit dem Thema Drucken von kristallinen und organischen Solarzellen weiter, die flexibel und biegsam sind“, erklärt Senne. Mit dem neuen Herstellverfahren werden besonders vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und damit Wachstumschancen in sehr unterschiedlichen Industriebereichen möglich.

Flexodruck trifft auf ElektronikHohes Kostensenkungspotenzial: Armin Senne, Flexo Business Manager bei ContiTech Elastomer Coatings, präsentiert den Prototypen einer gedruckten Solarzelle.​

ContiTech hat mit ihrer Forschung mikrostrukturierte Elastomer-Druckformen zur Übertragung von Metall-Fluiden auf das Substrat weiterentwickelt. Dabei hat sich gezeigt: Kristalline Solarzellen haben das Potenzial, im Flexodruckverfahren wesentlich kostengünstiger und schneller hergestellt zu werden als im herkömmlichen Siebdruckverfahren.

Beim Buch-, Zeitungs- oder Bilderdruck ist die maximale Auflösung der gedruckten Strukturen durch die Auflösung des menschlichen Auges bestimmt. Strukturgrößen unter 20 Mikrometern – das menschliche Haar misst im Durchschnitt 10 Mikrometer – werden vom Auge nicht wahrgenommen. Die meisten herkömmlichen Druckverfahren sind auch nicht in der Lage, kleinere Strukturen zu liefern. Fehler wie Löcher fallen dabei nicht auf, solange sie für den Betrachter unsichtbar sind.

Doch Elektronik verzeiht eben solche Fehler nicht so schnell. Die Feinheit der Strukturen ist hier ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Es ist entscheidend für die Funktion der gedruckten Bauelemente. ContiTech setzt deshalb Laserwerkzeuge zum Strukturieren der Flexodruckformen ein, mit denen es möglich ist, auch feinste Strukturen herauszuarbeiten: Das Ergebnis ist eine beachtliche Druckauflösung von 2.540–5.080 dpi. Feinste Linien können so im Flexodruckverfahren realisiert werden. Bei der gedruckten Solarzelle verringert sich zusätzlich die Abschattung der Vorderseite und der Wirkungsgrad wird verbessert. Je höher der Wirkungsgrad einer Solarzelle, desto mehr der verfügbaren Energie von der Photovoltaikzelle, wird in Strom umgewandelt.

Die Lasergravur und Elastomer als Wegbereiter zu neuen Märkten und Produkten

ContiTech legt mit Hightech-Elastomeren und der Lasergravur nicht nur den Grundstein für mögliche Anwendungen in der gedruckten Elektronik, sondern liefert auch Ansätze für komplett neue Produktlinien. Basierend auf den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Elastomers und im Zusammenspiel mit der Lasertechnologie sind jetzt neue Anwendungen möglich wie beispielsweise eine dreidimensionale Bearbeitung des Elastomers und damit die plastische Formgebung von Produkten.

Neues zum Thema funktionaler Druck erfahren Sie auf der Hannover Messe am ContiTech-Stand F18 in Halle 6.

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