Hauchdünne und gleichzeitig leistungsstarke Solarzellen werden laut einem amerikanischen Forscherteam in einem unkompliziertem Druckverfahren hergestellt und können quasi jede Oberfläche in eine saubere Stromquelle verwandeln. Aber: Kann das tatsächlich funktionieren?
Solarzellen sind heute schon längst nicht nur auf Hausdächern oder Freiflächen zu finden. Viel mehr können sie bereits an den unterschiedlichsten Orten grünen Strom produzieren. Verschiedene Oberflächen weisen allerdings auch unterschiedliche Anforderungen an die kleinen Stromproduzenten auf. So etwa verfügen einige Gebäude zwar über viel Platz auf dem Dach oder der Fassade, für die Installation einer Photovoltaikanlage ist die Statik dieser jedoch nicht immer auf das Gewicht herkömmlicher Solarmodule ausgerichtet.
Genau diesem Problem haben sich nun Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) angenommen und an der Flexibilität von Solarzellen gearbeitet – und nun einen großen Erfolg erzielt. Das Forschungsteam hat es geschafft, eine völlig neuartige Form der Photovoltaikzelle zu entwickeln. Und zwar: eine ultraleichte Zelle, die mit einer Dicke von etwa 15 Mikrometern dünner ist als ein menschliches Haar und sich an jeder festen Oberfläche angebracht werden kann.
Dieser Stoff macht’s möglich
Die Herstellung der extrem dünnen Solarzellen erfolgt dabei in einem Druckverfahren. „Solarzellenstrukturen werden mit einem sogenannten Slot-Die-Coater beschichtet, der Schichten von elektronischen Materialien auf ein vorbereitetes ablösbares Substrat mit einer Dicke von nur drei Mikrometern aufträgt“, erklärt das MIT-Team in der offiziellen Projektbeschreibung. Mithilfe des Siebdrucks wird anschließend eine Elektrode auf diese Struktur aufgebracht, sodass das Solarmodul vollständig ist und Sonnenstrom in elektrische Energie umwandeln kann.
Im nächsten Schritt können Forscher:innen das gedruckte Modul vom Kunststoffsubstrat abziehen. Großes Aber: Die daraus entstehenden dünnen, freistehenden Solarmodule können leicht reißen, sodass der Einsatz in der Praxis sich als schwierig darstellen würde. Aus diesem Grund suchten die Forschenden nach einem leichten, flexiblen, aber dennoch festen Substrat, auf welches die Solarzellen geklebt werden konnten. Die Lösung: das Material Dyneema. Dieses Gewebe besteht aus Fasern, die so stark sind, dass sie etwa in schusssicheren Westen Verwendung finden. Der Vorteil: Es ist reißfest, schnittresistent und trotzdem sehr leicht. Die Grünstromerzeuger werden jedenfalls mit einer nur wenige Mikrometer dicken Schicht aus UV-härtbarem Klebstoff auf dieses Gewebe geklebt. „So entsteht eine ultraleichte und mechanisch robuste Solarstruktur“, heißt es in der Projektbeschreibung des Forschungsteams.
Hauchdünne Solarzellen sollen laut den Forschenden 18-mal mehr Strom als etwa eine herkömmliche Solarzellen, die in Dachanlagen zu finden sind.
Dünner und effektiver
Dieses Herstellungsverfahren soll laut Team skalierbar sein, sodass in Zukunft auch die großflächige Produktion von ultraleichten und hauchdünnen PV-Modulen möglich sein wird. Das Gewicht der neuen Zellen beträgt jedenfalls nur etwa ein Hundertstel einer herkömmlichen Solarzelle, pro Kilogramm erzeugen die gedruckten Zellen dabei laut den Forschenden 18-mal mehr Strom als etwa eine herkömmliche Solarzelle, die in Dachanlagen zu finden ist.
Betrachtet man diese Leistungsausbeute pro Fläche, ist die Effizienz gedruckter Zellen allerdings geringer als jene von handelsüblichen Solarzellen. Vladimir Bulović, Hauptautor der Studie, sagte gegenüber dem Fachportal Interesting Engineering dazu: „Die Kriterien zur Bewertung einer neuen Solarzellentechnologie beschränken sich in der Regel auf den Wirkungsgrad und die Kosten in Dollar pro Watt. Ebenso wichtig ist die Integrierbarkeit – die Leichtigkeit, mit der die neue Technologie angepasst werden kann.“
Hauchdünne Solarzellen sind vielfältig einsetzbar
Apropos Integrierbarkeit: Aufgrund dessen, dass sich diese Form von Solarzellen so einfach auf bestehende Oberflächen auftragen lässt, sind die Anwendungsgebiete freilich äußerst vielfältig. Die entwickelten Zellen könnten beispielsweise auf Schiffssegeln, Zelten und sogar auf den Flügeln von Drohnen angebracht werden. „Angesichts der dringenden Notwendigkeit, neue kohlenstofffreie Energiequellen zu erschließen, wollen wir die Einführung der Solartechnik beschleunigen“, sagt Bulović.
Mit diesen winzigen, aber dennoch starken Solarzellen sollte das wohl kein Problem sein.