Solarzellen – auf Papier gedruckt
Farben mit elektrischen Eigenschaften, gedruckt auf Standardpapier, ergeben Solarmodule mit Wirkungsgraden von mehr als einem Prozent.
Abb.: Als Basiselektrode der papiersolarzelle dient natürlich oxidiertes Zink, die transparente Gegenelektrode ist mit Pedot bedruckt, einem leitfähigen Polymer. (Bild: pmTUC)
Herkömmliche Solarzellen verwenden teure Materialien und die Herstellung in Reinräumen ist aufwändig, sodass sie nur teuren Strom liefern können. Forscher der TU Chemnitz haben nun auf Papier gedruckte Solarmodule vorgestellt. Die 3PV – printed paper photovoltaics – genannte Technologie setzt auf herkömmliche Druckverfahren und Standardpapiere, wie sie bei Zeitschriften, Plakaten oder Verpackungen eingesetzt werden. Spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften bilden dann die notwendigen Strukturen auf dem Papier, so dass bei Lichtbestrahlung Strom entsteht. Da die hierbei eingesetzten klassischen Druckverfahren wie Tief-, Flexo- und Offsetdruck sehr kostengünstig sind, sollen die so produzierten Solarmodule im Vergleich zur heute üblichen Technologie billigeren Strom produzieren. Arved Hübler vom Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz, der mit seinem Team seit über drei Jahren an der 3PV-Technologie arbeitet, spricht von einem Paradigmenwechsel in der Solartechnologie.
Die Chemnitzer Forscher, von Kollegen der Universität Würzburg bei der Charakterisierung der Zellen unterstützt, erreichen mit ihren gedruckten Zellen ein Wirkungsgrad von 1,3 Prozent. Dabei verfolgen sie einen neuen Materialansatz und bringen als Basiselektrode natürlich oxidiertes Zink mit einem speziellen Druckprozess auf und die transparente Gegenelektrode mit Pedot bedruckt, einem leitfähigen Polymer. Dass man auf der Rollendruckmaschine im Labor des Institutes für Print- und Medientechnik schon sehr stabil 3PV-Module produzieren kann, überrascht das Team um Hübler selbst ein bisschen. Hübler geht davon aus, dass Papiersolarzellen zukünftig aufgrund der effizienten Produktion und der niedrigen Materialkosten insgesamt einen deutlichen Vorteil gegenüber dem heutigen Stand der Technik erzielen können. Ziel der weiteren Forschungsarbeiten ist es, den Wirkungsgrad auf über fünf Prozent zu erhöhen, damit ein 3PV-Modul auch bei einer Lebensdauer von unter einem Jahr wirtschaftlich interessant werden kann.
Abb.: Ein etwa 15 mal 15 Zentimeter großes Solarmodul besteht aus mehreren Streifen Solarzellen. Diese auf Papier gedruckten Solarmodule werden mit Druckknöpfen elektrisch verbunden und bilden eine Serienschaltung. An den beiden Enden der Serie wird jeweils ein Anschlusskabel angeknüpft. Die Vorderseite des Moduls besteht aus dem aktiven Schichtaufbau, auf der Rückseite ist das Papiersubstrat zu erkennen. (Bild: pmTUC, B. Trnovec)
Doch ist die Vision, mit Papiersolarzellen einen wirtschaftlichen Beitrag zur allgemeinen Energieversorgung leisten zu können, nur eine Nutzungsmöglichkeit. Die Chemnitzer haben schon gezeigt, dass auch kleine elektrische Geräte mit diesen Papiersolarzellen gut zu betreiben sind. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, mobile Dinge einfach und autark mit dem Strom aus Papier zu versorgen. Intelligente Verpackungen könnten etwa in Zukunft mit aufgedruckten Solarzellen viele Zusatzfunktionen mit Strom versorgen, vom Display bis zu Sensoren. Die Handhabung der Papier-Solarmodule kann denkbar einfach sein. Die Gruppe zeigt eine mögliche Lösung mit den am Institut für Print- und Medientechnik hergestellten 3PV-Modulen: Die Papierstreifen werden mit normalen Druckknöpfen zusammengeknöpft, und sofort fließt Strom. Nach der Verwendung können die Papiermodule ins Altpapier zum Recycling gegeben werden. So wird laut Hübler nicht nur erneuerbare Energie erzeugt, sondern die Solarzelle selbst besteht aus nachwachsenden Rohstoffen und ist selber erneuerbar.
TU Chemnitz / OD
