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Dienstag, 30.08.2016
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Forscher produzieren leichteste Solarzelle der Welt

Aufgedampftes Photovoltaikmodul ist dünner als ein menschliches Haar

Schwebt sogar auf einer Seifenblase: US-Forscher haben die weltweit dünnste und leichteste Solarzelle entwickelt. Die ultradünnen Photovoltaik-Module erzeugen immerhin sechs Watt pro Gramm – das ist bezogen aufs Gewicht 400 Mal mehr als jede herkömmliche Solarzelle. Der Clou daran: Substrat, Halbleiter und Deckschicht werden gemeinsam durch Aufdampfen erzeugt – und können auf beliebigen Trägermaterialien befestigt werden.
Um zu demonstrierren, wie leicht und dünn ihre Solarzellen sind, platzierten die Forscher sie auf einer Seifenblase.

Um zu demonstrierren, wie leicht und dünn ihre Solarzellen sind, platzierten die Forscher sie auf einer Seifenblase.

Schon seit längerem arbeiten Forscher daran, Solarzellen immer dünne rund flexibler zu machen. So gibt es bereits erste Ansätze zu aufdruckbaren Solarmodulen, Solarzellen auf Bio-Basis und aus knitterbarer, dünner Folie. Für letztere werden die aktiven Schichten auf eine Trägerfolie aus Kunststoff aufgetragen.

Mehr Strom pro Gewicht


Vladimir Bulovic und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben nun jedoch eine noch dünnere organische Solarzelle entwickelt. Deck- und Bodenschicht der neuen Solarzelle bestehen aus dem Polymer Parylen. Zwischen diesen liegt eine Schicht aus dem organischen Halbleitermaterial DBP, einem Perylen-Derivat, wie die Wissenschaftler berichten.

Die fertige Solarzelle ist nur ein Fünfzigstel so dick wie ein menschliches Haar, wandelt Sonnenlicht aber fast genauso effektiv in Strom um wie ihre dickeren Gegenparts. Weil sie so leicht ist, ist ihr Verhältnis Leistung zu Gewicht deutlich besser. Die ultradünne Solarzelle erzeugt sechs Watt Strom pro Gramm Gewicht – das ist 400 Mal so viel wie bei herkömmlichen Glassolarzellen.


Auf Stoff oder Papier platziert, würde solche Solarzellen kaum auftragen.

Auf Stoff oder Papier platziert, würde solche Solarzellen kaum auftragen.

In einem Schritt aufgedampft


Der Clou an diesem neuartigen Photovoltaik-Modul ist jedoch seine Herstellung, wie die Forscher erklären. "Der innovative Schritt daran ist es, dass man das Substrat zur gleichen Zeit wachsen lässt wie das eigentliche Modul", erklärt Bulovic. Statt Basis, Halbleiter und Deckschicht einzeln aufzutragen, erzeugten die Wissenschaftler alle drei Schichten in einem Arbeitsgang.

Dafür werden diese Schichten in einer Vakuumkammer bei Raumtemperatur nacheinander auf einen Glasträger aufgedampft. Dies geschieht, ohne dass Lösungsmittel und andere harte Chemikalien benötigt werden, wie es bei anderen organischen Solarzellen meist der Fall ist, so die Forscher. Dann wird der ultradünne Kombifilm vorsichtig vom Träger abgelöst.

Solarzelle auf Seifenblase


Um zu demonstrieren, wie leicht und flexibel ihre Solarzelle ist, platzierten die Forscher eines dieser Minimodule auf der zarten Haut einer Seifenblase, ohne dass diese platzte. Natürlich sei dies vielleicht ein wenig zu dünn, um praktikabel zu sein. "Wenn man nur leicht pustet, fliegt sie schon weg", so Erstautor Joel Jean vom MIT.

Aber wie die Forscher betonen, zeigt dieser Extremversuch, dass diese ultradünne Solarzelle im Prinzip auf jedem Material eingesetzt werden kann – vom Magazin-Cover bis zur Beschichtung für Heliumballons. "Die Solarzellen sind so leicht, dass man nicht einmal bemerken würde, dass auf sie da sind, beispielsweise auf ihrem Hemd oder dem Notebook", sagt Bulovic. "Diese Zellen könnten einfach auf existierende Strukturen aufgetragen werden."

Noch handelt es sich bei diesen ultradünnen Solarzellen nur um einen Prototyp, bis zu einem marktreifen Produkt sei es noch ein langer Weg, betonen die Wissenschaftler. Denn die Übertragung auf eine großtechnische Herstellung müsse noch erforscht werden. "Wir sehen es aber als Beweis dafür, dass diese Methode funktioniert", sagt Bulovic. (Organic Elctronics, 2016; doi: 10.1016/j.orgel.2016.01.022)
(Massachusetts Institute of Technology, 29.02.2016 - NPO)
 
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