Solarzellen auf Papier

Wissenschaftler der TU Chemnitz haben Solarmodule vorgestellt, die auf einfaches Papier gedruckt werden können. Dabei kommen spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften zum Einsatz, die bestimmte Strukturen auf Papier bilden, so dass bei Sonnenlichtbestrahlung Strom entsteht. Die 3PV („printed paper photovoltaics“) genannte Technologie stellt einen Paradigmenwechsel in der Solartechnologie dar, insbesondere im Hinblick auf Materialkosten – denn Solarzellen sind bislang relativ teuer in der Herstellung.

Herkömmliche Silizium-Solarzellen sind heutzutage biegefest und weisen einen Wirkungsgrad von über zehn Prozent bei rund 25 Jahren Lebensdauer auf. In vielen Bereichen aber sind eine geringere Effizienz und eine kürzere Lebensdauer ausreichend. Wissenschaftler haben sich daher Gedanken gemacht, wie man mit einfachen Verfahren kostengünstig Solarzellen herstellen kann. Denn eins der größten Hindernisse sämtlicher Photovoltaikansätze sind bislang hohe Produktions- und Materialkosten. Einen Lösungsansatz stellt die sogenannte organische Photovoltaik dar, basierend auf einer Mischung aus Polymer- und Fullerenmaterial (BHJ-Zellen). Die Technik haben die Forscher mit dem Papierdruck zur Papiersolarzelle kombiniert.

Bei der Papierdrucktechnologie kommen Tief-, Flexo- und Offsetdrucktechniken zum Einsatz, die sehr kostengünstig sind. In einem speziellen Druckprozess wird natürlich oxidiertes Zink auf Papier aufgebracht, die transparente Gegenelektrode wird mit PEDOT, einem leitfähigen Polymer, gedruckt. Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Arved Hübler vom Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz haben in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Würzburg bei den so hergestellten Solarzellen einen Wirkungsgrad der Energieumwandlung von 1,3 Prozent erzielt. Auf der Rollendruckmaschine des Institutlabors hat man bereits sehr stabile 3PV-Module gedruckt. In einem nächsten Schritt will man durch laufende Materialoptimierung den Wirkungsgrad der Zellen auf bis zu fünf Prozent steigern.

Dabei weisen die Forscher vor allem auf die Umweltverträglichkeit der Methode hin. Nachdem die Solarzellen ihre Aufgabe erfüllt haben, kann man sie problemlos im Altpapier entsorgen, sie zeigen somit eine positive Umweltbilanz, denn sie erzeugen nicht nur regenerative Energie, sie bestehen zudem aus nachwachsenden Rohstoffen. Die 3PV-Technologie setzt nicht unbedingt auf hohe Effizienz und lange Haltbarkeit, aber auf billige Materialien und kostengünstige Massenproduktion. Dadurch rentiert sich auch eine mittelmäßige Energieeffizienz und geringere Lebensdauer, heißt es.

Als Anwendungsfelder sehen die Forscher unterschiedlichste Möglichkeiten. So wären die Papiersolarzellen zur einfachen Stromerzeugung in abgelegenen Regionen einsetzbar und würden dort helfen, eine autarke Low-Tech-Energiewirtschaft zu entwickeln. Man könnte zudem kleinere elektrische Geräte, sogenannte Smart Objects, mit den Zellen bedrucken und diese so autark betreiben. Auch intelligente Verpackungen seien denkbar, die viele Zusatzfunktionen aufweisen, vom Display bis zum Sensor. Die erforderliche Drucktechnologie ist weitgehend vorhanden. Bereits in wenigen Stunden könnte eine herkömmliche Druckmaschine mit zwei Metern Druckbreite und einer Druckgeschwindigkeit von 15 Metern pro Sekunde eine Fläche bedrucken, die der weltweiten Jahresproduktion der Solarindustrie entspräche, erklären die Wissenschaftler.

Josephin Lehnert

1 Kommentar

  • Eine wirklich interessante Technologie, die hoffentlich bald ihren großen Durchbruch feiern wird. Wir haben uns in unserem Blog ebenfalls mit diesem Thema beschäftigt und würden uns über eine Verlinkung freuen.

    Beste Grüße aus Bremen sendet die Bremer Energieberatung enerpremium