Laufende Projekte

 

03/2020 – 02/2023 – RealNano

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Inline und echtzeit nanocharakterisierungstechnologien für die Herstellung von flexibler organischer Elektronik mit hoher Ausbeute

Organisch & gedruckte Elektronik (OE) sind mit einer der am schnellsten wachsende Sektoren der Nanowissenschaft. Während der OE-Markt in den letzten Jahren, von 37,7 B$ im Jahr 2018 auf 77,3 B$ im Jahr 2029, stetig wächst, kann die industrielle Produktion die breiten Anforderungen der Kommerzialisierung nicht erfüllen. Die Anforderungen für eine Massenproduktion liegen unter anderem an einer hohen Produktionsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Materialqualität, Produkteffizienz und Stabilität des Produktes und des Herstellungsprozesses.

Das RealNano-Projekt wird in der Zukunft eine tragende Rolle bei der digitalen Transformation der EU-Industrie spielen. Durch RealNano soll die Ausbeute von Nanomaterialien auf bis 90% steigen und zudem der Fertigungsausschuss um 30% reduziert werden. Um dies zu erreichen, werden neuartige und schnelle Echtzeit-Charakterisierungsmethoden, u.a. spektroskopische Ellipsometrie, Raman Spektroskopie, bildgebende Photolumineszenz und laserstrahlinduzierter Strommapping in eine R2R Druck- und eine organische Gasphasenabscheidung-Pilot-Produktionsanlagen integriert.

Bei diesem Projekt fokussiert sich Coatema insbesondere um den mechanischen Einbau der entwickelten Charakterisierungsmethoden und die mechanische Verbesserung der existierenden Pilot-Produktionsanlage.

 

http://www.realnano-project.eu

 

 

10/2018 – 09/2021 – OLEDSOLAR

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Innovative Fertigung optoelektronischer Geräte

Aufstrebende optoelektronische Geräte eröffnen täglich Möglichkeiten für neue Anwendungen. Um den Anforderungen der Industrie an die Massenproduktion solcher intelligenten Geräte der nächsten Generation gerecht zu werden, muss eine Reihe neuer Herausforderungen angegangen werden. Es gilt hohe Effizienz bei einem bestmöglichen Prozess umzusetzen.

OLEDSOLAR möchte diesen Herausforderungen begegnen, indem innovative Herstellungsverfahren für kritische Schritte bei der Produktion optoelektronischer Geräte entwickelt werden. Mit eingeschlossen sind dabei OLEDs (organisch Leuchtdioden), OPVs (organische Photovoltaik) und CIGS-Solarzellen (Kupfer-Indium-Gallium-Selenit). Zu den verwandten Projektaktivitäten zählen die Hochskalierung rekonfigurierbarer Hochertragsverfahren, ihre Erprobung in Pilotlinien sowie ihre Validierung in Produktionslinien.

Ein komplettes System aus Inspektion, Qualitätskontrolle, Funktionsprüfung und Messungen mit fortschrittlichen Systemen und Sensoren, wird im Projekt für die effiziente Herstellung von Optoelektronik-Bauteilen optimiert. Ein besonderer Fokus liegt hier auf der Automatisierung und der vorausgehenden Datenverarbeitung für die gesamte Steuerung und Überwachung von Fertigungsprozessen wie von Rolle-zu-Rolle (R2R) und Platte-zu-Platte (S2S). Gleichzeitig werden Recycling- und Wiederverwendungsstrategien entwickelt, um die Ressourceneffizienz sowie die Reduzierung von hochwertigem Produktabfall zu gewährleisten.

Die Aufgabe von Coatema besteht in dem Projekt darin, die Automatisierung sowie die Registrierung zu bewerkstelligen. Es gilt die Registrierung von R2R-Technologien, welche im Coatema Technikum und an der Printocent Demo-Linie beim VTT erforscht werden, weiter zu verbessern. Die Firma Coatema wird die Registrierungskamera von VTT in die Demolinie integrieren und die Maschinen optimieren. Ziel ist es die Ausrichtung zwischen übereinander lagernden und aufeinanderfolgenden Druckaufträgen, bis auf eine Genauigkeit von mindestens 50 Mikrometern, für die Siebdrucktechnologie zu verbessern.

 

 

09/2019 – 08/2022 – EffiLayers

2020 Effilayers logo2020 Finanzierung effilayers

Prozessoptimierung der Rolle-zu-Rolle Herstellung von neuartigen hocheffizienten organische Photohvoltaikzellen-EffiLayers“

Im Vordergrund des EffiLayers Projekts als Nachfolgerprojekt von PhotonFlex (2016 – 2019) und Flexlas (2012 – 2015) steht die Entwicklung, Prozessoptimierung und Herstellung von flexiblen, hocheffizienten und hauchdünnen organischen Solarzellen mittels einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage.

Organische Photovoltaikzellen weisen zurzeit noch einen geringeren Wirkungsgrad und Lebensdauer im Vergleich zu traditionellen Solarzellen auf Siliziumbasis auf. Dabei soll die Qualifizierung von neuartigen und effizienten Materialien sowie Optimierung der Schichtapplikation mittels Rolle-zur-Rolle-Beschichtungsanlage zur deutlichen Erhöhung des Wirkungsgrads beitragen.

Durch nasschemisches Beschichtungsverfahren werden die funktionellen Schichten im Nanometerbereich mittels heizbarer Schlitzdüse übereinander aufgetragen und mit verschiedenen Laserquellen (Kurzpuls- und Ultrakurzpulsbereich) bearbeitet. Nach der photonischen Lasertrocknung und dem Dünnschichtabtrag wird die OPV-Zelle durch Laserverkapselung mit einer Barrierefolie schützend versiegelt. Durch verschiedene Sensorik werden die einzelnen Prozesse überwacht und eine Prozessregelung implementiert.

Bei diesem Projekt fokussiert sich Coatema insbesondere auf die Modifikation des gesamten Breitschlitzdüsenauftrags. Das neue schwenkbare Düsen-Modul ermöglicht einen stabilen Prozess durch variable Verstellung der Düse im Bereich von 8 bis 12 Uhr. Ein vorgesehener horizontaler Mechanismus zur Verstellung der Düse gewährleistet eine präzise Einstellung bzw. Positionierung des zu beschichteten Substrates bei mehreren Beschichtungsvorgängen. Für eine gleichmäßige Applikation des aufzutragenden Substrats wird eine elektrisch beheizbare Düse eingesetzt. Gemeinsam mit den Partnern werden die neuen Prozessoptimierungen der Rolle-zu-Rolle Herstellung der neuartigen OPV-Zelle demonstriert und evaluiert.

 

 

06/2017 – 5/2020 – Flex-G

flex g BMWT FKZ 03ET1470D

Erforschung von Rolle-zu-Rolle Technologien zur Herstellung flexibler und gebogener Fassaden- und Dachelemente mit schaltbarem Gesamtenergiedurchlassgrad

Ziel des Projektes FLEX-G ist die Erforschung von Technologien zur Herstellung von transluzenten und transparenten Dach-und Fassadenelementen mit integrieren optoelektronischen Bauelementen. Im Fokus steht dabei ein schaltbarer Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert). Dieser wird durch elektrochrome Bauelemente erreicht, die mittels Rolle-zu-Rolle Beschichtungsverfahren direkt auf einer flexiblen ETFE-Folie aufgebaut werden. ETFE ist ein häufig in Membrandächern von Stadien, Flughäfen oder Bahnhöfen eingesetztes Material. Ein zweites Projektziel ist die Erforschung von Technologien zur direkten Integration großflächiger flexibler Solarzellen auf Basis der organischen Photovoltaik in ETFE Membranen sowie die Anpassung dieser an spezifischen Anforderungen im Membranbau. Das Vorhaben FLEX-G leistet damit sowohl im Bereich Energieeinsparung als auch im Bereich Energieerzeugung in Gebäuden einen maßgeblichen Beitrag zu dem Ziel der Bundesregierung, bis 2050 den Primärenergiebedarf in Deutschland um 50 % zu senken.

 

 

04/2017 – 03/2020 – SolGel-PV

solgel BMBF FKZ 0324151C

Multifunktionale Sol-Gel-Schichten für die Photovoltaik Industrie

In SOLGEL-PV werden nanoskalige Sol-Gel Schichten für den Einsatz auf Solarzellenebene erzeugt, aufgebracht und strukturiert. Diese sollen auf innovative Weise (i) als Antireflexstruktur, die Mie-Resonanzen zur besseren Lichteinkopplung ausnutzt, eingesetzt werden (ii) im Rückseitenkontakt zu einer verbesserten Optik und Haftung führen und (iii) als leitende und klebende Verbindungsschicht für eine kostengünstige Realisierung von Tandemsolarzellen dienen. Die Schichten werden mittels In-Line fähigen Prozessen aufgebracht. Die Nanostrukturierung erfolgt mit einer Roll-to-Plate-Technologie.

Die Arbeiten umfassen Entwicklungen, die sowohl materialwissenschaftlicher wie auch prozesstechnischer Natur sind. Dabei werden Sol-Gele maßgeschneidert für die verschiedenen Musteranwendungen synthetisiert. Darüber hinaus sollen Abscheide- und Prägeprozesse auch für eine großtechnische Anwendung realisiert werden.

Folgende Zielvorgaben sind für die drei definierten Musteranwendungen vorgesehen: Durch die in Sol-Gel geprägten Mie-Resonatoren sollen bessere Eigenschaften im Vergleich zu einer Isotextur erreicht werden. Die Sol-Gel Zwischenschicht am Rückseitenkontakt soll durch eine Verringerung der parasitären Absorption die Kurzschlussstromdichte um mind. 0,5 mA/cm² im Vergleich zu einem Al/Si Kontakt erhöhen. Gleichzeitig soll die Haftung ausreichend hoch für eine folgende Modulverschaltung sein. Mit der Verbindungsschicht für Tandemsolarzellen sollen ein III-V Wafer und ein Si-Wafer dauerhaft miteinander verbunden werden, bei gleichzeitig hoher Transparenz (>98 %) und geringem Spannungsverlust ( Die entwickelten, innovativen kostengünstigen Technologien sowie der damit erzielte höhere Energieertrag werden die Kosteneffizienz der Photovoltaik weiter verbessern und den beteiligten Firmen ein Alleinstellungsmerkmal und somit einen Wettbewerbsvorteil sichern.

 

 

12/2016 – 11/2019 – PowderSizing

powdersizing BMWT FKZ ZF4099702BL6

Prozess- und materialeffiziente Herstellung von Thermoplast-Glas-Bikomponentenfasern zur Herstellung von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Bauteilen

Die mechanischen Eigenschaften der thermoplastischen Verbünde sind abhängig vom Faservolumengehalt, der Benetzung der Glasfasern, sowie der Verteilung der Glasfasern und somit der Festigkeitsverteilung. Die theoretische Leistungsgrenze wird mit bereits erhätlichen Produkten aus Hybridgarnen oder dem Filmstacking nur bedingt erreicht. Zudem ist die Beschichtungsgeschwindigkeit mit 100 m/min begrenzt und damit die Wirtschaftlichkeit gering. Daher sind neue Technologien notwendig, um die theoretische Leistungsgrenze auch praktisch in industriellen Prozessen zu erreichen. Dadurch wäre auch eine Anwendung der Verbünde im Flug-zeugbau denkbar. Derzeit finden diese Halbzeuge im Automobilsektor Anwendung. Auch hier wäre bei gleicher Festigkeit eine Gewichtsreduktion möglich. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens stellt die Entwicklung eines Moduls zur Beschichtung bei bis zu 2.000 m/min dar. Dadurch werden alle Filamente im Verbund gleichmäßig beschichtet und die Wirtschaftlichkeit erhöht.

 

 

01/2018 – 12/2020 – Supersmart

Logo Supersmart supersmart eu

Hochskalieren von Ausgangsmaterialien für kostengünstigere gedruckte Elektronik

In Alltagsprodukten wie Etiketten und Verpackungen steigt der Bedarf an smarten Produkten immer weiter an. Dadurch können Alltagsprodukte Teil des digitalen Ökosystems werden. Eine der größten Herausforderungen ist die Umweltverträglichkeit von eingebetteten Sensoren und deren Kommunikationstechnik. Einer der Lösungsansätze ist die Verwendung von organischen Materialien anstelle von seltenen und giftigen anorganischen Stoffen, sofern dies möglich ist. Dies ist das Ziel vom Projekt SUPERSMART, welches das direkte Drucken von Sensoren, Displays und Elektronik auf Papier anstatt der Nutzung von konventioneller Elektronik ermöglichen soll. SUPERSMART sorgt somit für eine einfache Wiederverwertung solcher smarten Produkte. Geführt wird SUPERMSART von Arkema, einer weltweiten Chemiefirma, zusammen mit Arjowiggins, einem Hersteller technischer Papiere für gedruckte Elektronik, sowie führenden technischen Organisationen (CEA, Frauenhofer Insitute, Joanneum Research), renommierten Universitäten (University de Bordeaux und Lissabon) sowie innovativen KMUs (Coatema, Luquet & Duranton). Somit zielt das SUPERSMART Projekt auf das Hochskalieren von smarten Materialien für smarte und recyclebar Zukunftsprodukte ab.

https://www.supersmart-project.eu/

 

 

01/2018 – 12/2021 – Greensense

greensense greensense eu

Nachhaltige, kabellose, autonome, auf Nanocellulose basierte Biosensor Plattform zur quantitativen Messung von Drogenmissbrauch

Gedruckte Elektronik ist eine der am stärksten wachsenden Technologien in der Welt. Papier und Plastik sind zwei flexible Materialien, welche als Schlüsselsubstrate in der Entwicklung der Zukunftsgeräte flexibler Elektronik gelten. Im Gegensatz zu den konventionellen Plastiksubstraten haben papierbasierte Substrate basierend auf Cellulose verschiedene Vorteile, wie geringere Kosten und Wiederverwertbarkeit. Somit haben papierbasierte Substrate einen signifikanten Effekt in der Reduzierung der Umweltbelastung durch „elektronischen Müll“. Darüber hinaus bieten Sie der Papier- und Zellstoffindustrie neue Möglichkeiten und Chancen. Die Oberflächeneigenschaften von konventionellen Papier sind allerdings nicht für gedruckte Elektronik geeignet und daher werden Papiersubstrate üblicherweise mit öl-basierten Polymeren behandelt. Aufgrund dessen ist aus dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit ein großes Interesse an alternativen erneuerbaren Filmen und Beschichtungen aus Biopolymeren entstanden. Neben weiteren Alternativen stellen dabei Filme basierend auf Nanocellulose (NC) ein großes Potential dar, da sie eine hohe Stärke, ein hohes Seitenverhältnis, Transparenz und eine geringe Porosität in Verbindung mit einer glatten Oberfläche aufweist.

Im Projekt GREENSENSE werden die Bereiche gesundheitliche Diagnostik und gedruckte Elektronik in einer komplett-integrierten Biosensor Plattform zusammengebracht, welche auf Nanocellulose basiert. Diese Biosensor Plattform weist einen neu entwickelten, gedruckten Drogen-Biosensor auf und hat darüber hinaus verschiedene auf Nanocellulose basierende, gedruckte elektronische Komponenten integriert (Superkondensator und/oder Batterie als gedruckter Energiespeicher, Display und NFC Antenne). Des Weiteren wird ein einzelner Mikrochip integriert um eine autarke Energieversorgung sowie eine kabellose Kommunikation für ein einfaches Auslesen der Ergebnisse durch den Endanwender zu ermöglichen. Um die verschiedenen, funktionellen Tinten auf das auf Nanocellulose basierte Substrat aufzubringen werden verschiedene Druckmethoden mit hohem Durchsatz verwendet, wie z.B. Sheet-to-Sheet (S2S) Siebdruck und/oder Inkjet Druck. Die finale auf Nanocellulose basierte Biosensor Plattform wird einfach zu bedienen, flexibel, massenproduzierbar, kosteneffizient, umweltfreundlich entsorgbar und recycelbar sein und hat zusätzlich einen geringen Stromverbrauch.

https://www.greensense-project.eu/

 

 

10/2017 – 09/2020 – SOLID

solid BMWT FKZ 03XP0129C

Innovative Festkörperbatterien auf Basis von Sol-Gel Materialien mit Li-Metallanode und implementierter 3D-Strukturierung

Einen wesentlichen Baustein für die Zukunft der Elektromobilität werden inhärent sichere und leistungsfähige Batterietechnologien darstellen. Festkörperansätze besitzen das Potenzial, diese Anforderungen zu erfüllen. Bislang verwendete Prozesse und Verfahren lassen sich jedoch oftmals nicht oder nicht wirtschaftlich skalieren und mit hohen Energiedichten darstellen.

Das Ziel des Vorhabens SOLID liegt in der Erforschung einer Festkörperbatterie auf Basis kostengünstiger Herstellungsverfahren, welche durchgehend auf industrielle Maßstäbe skalierbar sind oder von bereits etablierten Verfahren auf die Batterietechnologie übertragen werden. Der Festkörperansatz bietet die Möglichkeit, neue Zellkonzepte zu realisieren und hierdurch den Anteil elektrochemisch inaktiver Komponenten oder Verschaltungsaufwand zu minimieren. Ausgehend von einer Materialforschung für Kathoden- und Elektrolytschichten durch das Fraunhofer ISC und einer Anodenentwicklung durch Applied Materials können Festkörperbatterien im Einzellagenformat aufgebaut werden. Begleitend dazu strebt das Fraunhofer ISE durch eine Strukturierung der Stromableiter- bzw. Kathodenschichten an, hohe intrinsische Widerstände zu verringern. Parallel dazu erforscht LUNOVU durch neuartige Laser-basierte Verfahren das Kristallisationsverhalten der Kathoden- und Elektrolytschichten. All diese Verfahren werden durch Coatema auf kontinuierliche Prozesse direkt übertragen oder die Implementierbarkeit in einen kontinuierlichen Prozess dargestellt. Federführend durch das gesamte Projekt wird seitens des Projektkoordinators Varta ein Zellkonzept in Kooperation mit allen Partnern entwickelt und abschließend die Funktionstüchtigkeit dieses Festkörperbatteriekonzepts anhand eines Demonstrators nachgewiesen.

Der Batteriemarkt wird stark von asiatischen Herstellern dominiert. Um in diesem Markt zu partizipieren oder gar eine Technologieführerschaft zu erlangen ist bereits heute eine grundlegende Forschung an dieser Zukunftstechnologie notwendig. Da in diesem Forschungsvorhaben auf in Deutschland etablierte Technologien zurückgegriffen wird, in denen kleine und mittelständische deutsche Unternehmen teilweise führend sind, stützt das Vorhaben bei Projekterfolg zudem mittelfristig Arbeitsplätze entlang der Wertschöpfungskette.

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