Innovation: Jetzt kommen Solarzellen aus dem Drucker

Innovation: Jetzt kommen Solarzellen aus dem Drucker

von Sandra Lukatsch

Solarzellen aus dem Drucker sind biegsam, leicht und kostengünstig in der Herstellung - mit gängigen Solarzellen können sie aber noch nicht mithalten?

Tragbare Solar-Ladegeräte für Smartphone und Co. gehören längst zur Standardausstattung von Vieltelefonierern und Dauersurfern, die ständig unterwegs sind. Ob auf Reisen, beim Wandern oder Radfahren – das einzige, was die mobilen Nutzer noch brauchen, um ihren Akku am Leben zu erhalten, ist die Kraft der Sonne. Gleichzeitig bedeutet es aber, dass man ein weiteres Gerät mit sich herumtragen muss.

Die Vorstellung, sein Handy an einer Chips-Tüte oder am eigenen T-Shirt aufzuladen, klingt da schon wesentlich verlockender. Zukunftsmusik oder schon Realität?

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Druckbare ElektronikSeit Jahren forschen Experten an dünnen und biegsamen Solarmodulen. US-Forscher des Massachussets Insitute of Technology (MIT) präsentierten bereits im Jahr 2011 in der Fachzeitschrift "Advanced Materials" das erste Solarzellen-Papier. Die Beschichtung ist ähnlich wie die innere Silberbeschichtung einer Chips-Tüte und auch das Verfahren ist vergleichbar: Organische Tinten werden dabei in fünf Schichten, darunter ein lichtaktives Thiophen-Polymer, unter Vakuum auf das Papier gedampft. Das daraus entstehende Solar-Papier lässt sich falten, rollen und knicken – ohne dass die Leistungsfähigkeit dadurch beeinträchtigt wird.

Verknüpft mit Elektroden liefern sieben Zentimeter Kantenlänge mit etwa 250 kleinen Solarzellen Ausgangsspannungen zwischen 26 und 50 Volt. Mit einer Effizienz von ein bis zwei Prozent reicht der Strom des Solarpapiers aus, um einen flachen Laptop-Monitor betreiben zu können. Insgesamt liefert das Papier bis zu 6.000 Stunden elektrischen Strom. Der Clou: Nach der Verwendung können die Papiermodule ins Altpapier zum Recycling gegeben werden, denn die Solarzelle selbst besteht aus nachwachsenden Rohstoffen und ist selber erneuerbar.

Strom per Luftpost?„Für Solarzellen mit solchen Eigenschaften eröffnet sich eine Anzahl von technischen Anwendungen“, sagt Vladimir Bulovíc, Professor für Elektrotechnik am Massachusetts Institute of Technology, und denkt beispielsweise an die Stromversorgung für weit abgelegene Dörfer in Entwicklungsländern. Wegen des geringen Gewichts könnten große Mengen dieses sehr günstig zu produzierenden Solar-Papiers dorthin geliefert werden.

Doch auch hierzulande ist die stromerzeugende Tapete vorstellbar, die Strom für eine Raumbeleuchtung mit Leuchtdioden liefert. Statt auf Papier funktioniert das Beschichtungsverfahren auch auf dünnen Plastikschichten oder Stoffen, um aus vielen alltäglichen Gebrauchsobjekten und Kleidung kleine Solarkraftwerke zu machen.

Drei Generationen von SolarzellenWährend Solarzellen der ersten Generation, die aus dem Feststoff Silizium bestehen, zerbrechlich und schwer sind, kennzeichnet sogenannte Dünnschichtsolarzellen der zweiten Generation, dass sie sich biegen lassen und etwas leichter sind. Bei dem dünnen Solarpapier hingegen – der dritten Generation – handelt es sich um organische Photovoltaik (OPV). Sie basiert auf elektronischen Tinten (organische Polymere), die auch auf Folien oder Textilien gedruckt werden können.

Und so funktioniert es: Klassische Siziliumzellen bestehen aus zwei Halbleiterschichten. Diese Halbleiter erzeugen durch zugeführte Energie freie Ladungsträger (Elektronen). Wird nun ein elektrisches Feld angelegt, das die Elektronen in die gleiche Richtung lenkt, fließt Strom. Dieses Prinzip funktioniert genauso bei organischen Solarzellen, nur dass hier sogenannte Fullerene die Elektronen transportieren. Das Material für diesen Solarzellentyp basiert auf organischen Kohlenwassertstoffen, aus denen zum Beispiel auch Erdöl und Erdgas bestehen. Sie verleihen den Zellen ihre stromleitenden Eigenschaften und den Namen: organische Solarzelle.

Organisch versus anorganischFlexibel, leicht, umweltfreundlich und kostengünstiger in der Herstellung – die Organische Photovoltaik (OPV) scheint auf den ersten Blick im Vergleich zu herkömmlichen Solartechnologien nur Vorteile zu bieten. Allerdings täuscht der Eindruck. Zum einen zersetzen sich organische Zellen und altern dadurch recht schnell. Außerdem reichen sie noch lange nicht an den Wirkungsgrad der herkömmlicher Zellen heran. Der Weltrekord für organische Solarzellen liegt bei einem Wirkungsgrad von 12 Prozent, wie die Heliatek GmbH, Weltmarktführer für organische Solarfolien, Anfang des Jahres bekanntgab. Das deutsche Unternehmen mit Sitz in Ulm und Dresden stellt bereits Solarfolien und keine Solarmodule her und möchte bis 2015 einen Wirkungsgrad von 15 Prozent erzielen (gute Siliziumzellen erreichen 20 Prozent).

Das ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass die organische Photovoltaik - z.B. in Energie spendenden Tapeten in Innenräumen oder auf Dächern und Fassaden - vermehrt zum Einsatz kommen kann. Um den vergleichsweise kleinen Wirkungsgrad auszugleichen, müsste man sonst komplette Hochhausfassaden mit der Solarfolie verkleiden.

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