Forschung & Entwicklung

Textile Solarzelle

Textile Solarzellen erweitern die Möglichkeiten, Strom aus der Sonnenstrahlung zu gewinnen. Sie stellen somit eine sinnvolle Ergänzung zu herkömmlichen Siliziumzellen dar.

Solarzellen auf den Dächern sind längst Usus, ebenso wie große Solarparks. Künftig sollen jedoch auch solche Flächen zur Energieerzeugung genutzt werden, die bislang nicht dazu dienten. LKW-Planen etwa könnten die Anhänger autark mit Strom versorgen. Zudem könnten ganze Gebäudefronten zur Stromerzeugung beitragen, indem sie mit stromerzeugenden Abspanntextilien verkleidet werden. Bei Glasfassaden könnten Abschattungstextilien wie Rollos Hunderte von Quadratmetern in Stromerzeugungsflächen umwandeln.

Möglich machen es textile, biegsame Solarzellen, die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickelt haben – gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, dem Sächsischen Textilforschungsinstitut und den Firmen Erfal, Pongs Technical Textiles, Paul Rauschert und Gilles Planen. „Über verschiedene Beschichtungsverfahren können wir Solarzellen direkt auf technischen Textilien herstellen“, erläutert Dr. Lars Rebenklau, Gruppenleiter für Systemintegration und AVT am Fraunhofer IKTS. Sprich: Die Forscher verwenden kein Glas oder Silizium wie bei herkömmlichen Solarmodulen, sondern Textilien als Substrat. „Das jedoch ist alles andere als leicht – schließlich sind die Anlagen in den textilverarbeitenden Unternehmen mit fünf bis sechs Metern Stoffbreite und Stofflängen von tausend Metern riesig groß. Dazu kommt: Die Textilien müssen während der Beschichtung Temperaturen von etwa 200 Grad Celsius überstehen“, ergänzt Dr. Jonas Sundqvist, Gruppenleiter für Dünnschichttechnologien am Fraunhofer IKTS. Auch andere Anforderungen wie Brandschutzvorschriften, hohe Stabilität und ein günstiger Preis sind für die Herstellung von Solarzellen elementar. Das Forscherteam hat sich daher für ein Glasfasergewebe entschieden, das all diese Anforderungen erfüllt.

Eine Herausforderung stellte auch das Aufbringen der verschiedenen Schichten einer Solarzelle auf das Gewebe dar – also die Grundelektrode, die fotovoltaisch wirksame Schicht und die Deckelektrode. Denn verglichen mit diesen nur ein bis zehn Mikrometer dünnen Schichten gleicht die Oberfläche eines Textils einem Gebirge. Die Forscher greifen daher zu einem Trick: Sie bringen zunächst mittels Transferdruck eine Einebnungsschicht auf das Textil auf. Auch alle weiteren Produktionsprozesse haben die Forscher so gestaltet, dass sie sich problemlos in die Fertigungslinien der Textilindustrien einfügen lassen: So bringen sie die Elektroden aus elektrisch leitfähigem Polymer ebenso wie die fotovoltaisch wirksame Schicht über das gängige Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf. Um die Solarzelle möglichst robust werden zu lassen, laminieren die Forscher zusätzlich eine Schutzschicht auf.

Den ersten Prototyp hat das Forscherteam bereits hergestellt. „Wir konnten zeigen, dass unsere textile Solarzelle an sich funktioniert“, sagt Rebenklau. Ihre Effizienz liegt momentan bei 0,1 bis 0,3 Prozent. In einem Nachfolgeprojekt arbeiten die Forscher nun daran, die Effizienz auf über fünf Prozent zu steigern – denn ab diesem Wert rechnet sich die textile Solarzelle. Zwar erreichen Siliziumzellen mit zehn bis 20 Prozent deutlich höhere Effizienzwerte. Allerdings soll die neuartige Zelle ja nicht mit den herkömmlichen konkurrieren, sondern sie sinnvoll ergänzen. Auch die Lebensdauer der textilen Solarzelle wollen die Forscher in den kommenden Monaten untersuchen und optimieren. Wenn alles funktioniert wie erhofft, könnte die textile Solarzelle in etwa fünf Jahren auf den Markt kommen.

von mn

www.ikts.fraunhofer.de

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