Solarzellen: Dünner als das menschliche Haar

Die Forschungen zur Solarenergie zeigen langsam erste Ergebnisse. In Südkorea ist es nun gelungen, Solarzellen zu entwickeln, die dünner als das menschliche Haar sind. Sie sind dabei so widerstandsfähig sind, dass man sie ohne Probleme um einen Stift wickeln kann.

Ähnlich wie bei der Batterieforschung für E-Autos ist es in den vergangenen fünf Jahren auch in Sachen Solarzellen zu vielversprechenden neuen Erkenntnissen gekommen. So gibt es mittlerweile Solarzellen, die bei Regen und Sonnenschein Energie erzeugen können. Die Effizienz und Einsatzfähigkeit der Solarzellen wird in den kommenden Jahren aber ebenfalls eine wichtige Rolle spielen.

Hier könnte eine Entwicklung in Südkorea einen neuen Maßstab setzen. Sie Solarzellen der Wissenschaftler sind nur etwa einen Mikrometer dick und damit sogar deutlich dünner als das menschliche Haar. Bisher war es nur möglich gewesen, Solarzellen mit einer Dicke von zwei bzw. vier Mikrometern herzustellen. Die neuen Solarzellen bestehen aus Galliumarsenid und werden direkt auf ein flexibles Metallsubstrat gepresst – ohne Kleber oder ähnliche Bindemittel. Das metallische Material, auf dem sich die Solarzellen befinden, ist extrem biegbar und funktioniert zudem wie eine Art Reflektor, der auch wieder Licht durch die Solarzellen zurückwirft.

Das so entstandene Solarmaterial ließ sich in Tests um Gegenstände mit einer Dicke von bis zu 1,4 Millimeter wickeln, ohne dass die Solarzellen beschädigt oder deren Funktion beeinträchtig wurden. Solarzellen dieser Art würden es erlauben, Fitnesstracker, Datenbrill, ja auch Smartwatches und Kleidungen mit Solarenergie zu versorgen.

Etwas ähnliches war bisher nur Forschern am MIT gelungen. Die Solarzelle war kaum schwerer als eine Seifenblase. Dafür hatten die Wissenschaftler die Trägerplatte zur gleichen Zeit entstehen lassen wie das Modul. So haben sie in einer Vakuumkammer die Schichten zwar nacheinander, aber ohne Unterbrechung auf die Glasplatte aufgedampft.
Am Karlsruher Institut für Technologie arbeitet man gerade nicht an einer möglichst dünnen Solarzelle, sondern an einer möglichst effizienten. Dafür haben sich die Forscher an der Struktur der Blütenblätter orientiert. Dafür reproduzieren sie die epidermalen Zellen von rosenblütenblättern. Diese verfügen über einen starke Antireflexwirkung. Das erlaubt den Wissenschaftlern, die relative Effizienz der Solarzellen um 12 Prozent zu erhöhen.

Die Epidermis der Rosenblütenblätter besteht aus einem ungeordneten Feld dicht gedrängter Mikrostrukturen, zusätzlich gerippt durch zufällig platzierte Nanostrukturen. „Um die Struktur dieser epidermalen Zellen über eine größere Fläche exakt zu reproduzieren, übertrugen die Forscher sie in eine Form aus Polydimethylsiloxan, einem Polymer auf Siliziumbasis, drückten die so entstandene negative Struktur in einen optischen Kleber ein und ließen diesen unter UV-Betrahlung aushärten.“

Die Methode lasse sich sowohl auf weitere Pflanzenarten als auch auf andere Photovoltaiktechnologien anwenden, sagte Guillaume Gomard, Leiter der Gruppe Nanophotonik. „Da die Oberflächen von Pflanzen multifunktional sind, könnte es künftig möglich sein, von ihnen mehrere Eigenschaften in einem Schritt zu übernehmen.“

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