Wer beispielsweise ein Hörgerät braucht, könnte es künftig mit seiner Sonnenbrille kombinieren und so die Stromversorgung für die Hörhilfe sicherstellen. Denn dafür reicht schon jetzt der Strom, den die neue Solar-Sonnenbrille erzeugen kann. Entwickelt hat sie die Arbeitsgruppe Organische Photovoltaik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).
Weil die organischen, also aus Kohlenstoffverbindungen bestehenden Solarzellen flexibel, leicht und farbig anpassbar sind, konnten die KIT-Ingenieure ihre Solar-Gläser nahtlos in ein handelsübliches Kunststoffgestell einfügen. Jedes Glas ist nur 1,6 Millimeter dick und wiegt sechs Gramm. Organische Solarzellen sind als starre Flächen wie in Glas, aber auch problemlos als Folie produzierbar, sie können gebogen und sogar gefaltet werden.
Sonnenbrille meldet: Die Sonne scheint!
Um die Möglichkeiten organischer Solarzellen zu zeigen, haben die Forscher in die Brille einen Mikroprozessor und zwei Displays eingebaut. In den Mini-Monitoren ist über je eine Balkengrafik Temperatur und Lichtstärke ablesbar – wer die Solarbrille trägt, kann also erkennen: Die Sonne scheint und es ist warm. Aha. Dieser eher alberne Zweck zeigt schon, dass die Brille eher ein Demonstrationsobjekt ist.
„Die von uns entwickelte Brille ist ein Beispiel für die vielen denkbaren mobilen Anwendungen organischer Solarzellen, die die klassische Photovoltaik nicht ermöglicht“, erklärt Doktorand Dominik Landerer, der die Solar-Brille am KIT maßgeblich mitentwickelt hat.
Ein anderes, praxisnäheres Beispiel sind die Glasfassaden und Fensterflächen an großen Gebäuden, die häufig abgedunkelt werden müssen, um das Raumklima zu regulieren. Wenn man hier flexible organische Solarzellen aufbringt, lässt sich durchaus in größerem Ausmaß Strom erzeugen. Das wäre auch eine kostengünstige Möglichkeit der Energiegewinnung, da das Material relativ preiswert ist.
Wirkungsgrad ist noch sehr gering
Ein paar Hürden sind auf dem Weg dorthin allerdings noch zu überwinden. Zum einen ist der Wirkungsgrad der neuartigen Solarzellen noch sehr gering – er wird in der Fachliteratur mit Werten zwischen acht und zwölf Prozent angegeben. Dagegen kann eine marktübliche Solarzelle je nach Bauweise und Material bis zu rund 20% der eingesetzten Primärenergie – hier also der Sonneneinstrahlung – in elektrischen Strom umwandeln.
Zweites Problem der organischen Solarzellen ist ihre derzeit noch geringe Haltbarkeit. Mittel- und langfristig gehört ihnen aber nach Einschätzung von Experten die Zukunft. Deshalb hat das Bundesforschungsministerium in den vergangenen drei Jahren auch 16 Millionen Euro in ein entsprechendes Projekt gesteckt, an dem zehn Partner aus Forschung und Wirtschaft beteiligt waren – darunter das KIT, das jetzt die Solar-Brille als ein Ergebnis präsentierte.
Bordelektronik in Fahrzeugen im Visier
Das Projekt soll allerdings noch mehr bringen: Langfristig würden organische Solarzellen als Massenprodukte etwa in Druck- und Schichtverfahren hergestellt, heißt es beim KIT. Die ersten ernsthaften Anwendungen könnten dann etwa eine zusätzliche Stromversorgung für die Bordelektronik in Fahrzeugen sein oder auch die Einspeisung in Verkehrsleitsysteme.
Bereits im Juli 2016 hatten koreanische Ingenieure ultradünne, extrem biegsame Solarzellen präsentiert, die sich wie eine Folie um eine Nadel wickeln lassen.
Wiederum ein Jahr früher, im Juli 2015, war es Forschern der US Army gelungen, ultradünne Solarzellen zu entwickeln, die in die Uniform integriert werden können und Soldaten unabhängig von Batterien mit Strom für Funkgeräte und elektronische Waffen versorgen.
