Biegsames Emaille als ideale Trägerschicht für Solarzellen

ZSW-Mitarbeiter Friedrich Kessler mit dem neuen flexiblen Dünnschicht-Solarmodul auf emailliertem Stahlsubstrat.

Foto: ZSW

Sehr leichte, dünne und flexible Solarzellen können aus Autodächern, Wohnwagen, Bootsaufbauten und Eisenbahnwaggons kleine Kraftwerke machen. Sie werden einfach aufgeklebt und passen sich dem Untergrund an. Bisher werden sie auf dünnen Unterlagen aus Kunststoff aufgebaut. Der Materialforscher Friedrich Kessler vom  Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in Stuttgart nimmt stattdessen eine dünne und dennoch robuste Stahlfolie, die nur ein Manko hat: Ruckzuck ist sie durchgerostet.

Edelstahlfolien sind teurer, aber nicht besser

Um das zu verhindern beschichtet der Forscher die Folie, die der indische Konzern Tata Steel beisteuert, mit Emaille. Diese keramische und eigentlich spröde Schicht haftet so gut, dass sie selbst dann nicht bricht, wenn man die Folie verbiegt. Derart abgeschirmt hat Rost keine Chance. Edelstahlfolien, die ebenfalls nicht rosten, sind deutlich teurer.

Emaille hat noch zwei weitere Vorteile. Die erste der elektrisch aktiven Schichten der Solarzelle haftet darauf besonders gut. Außerdem verhindert die Keramik, dass Eisenatome in die Schichten wandern, in denen das Sonnenlicht in Strom umgewandelt wird. Eisen macht sie unwirksam. Im Gegensatz zu Edelstahl ist Emaillestahl auch noch elektrisch isolierend.

„Emaillestahl verbindet die Vorteile von starrem Glas mit denen einer flexiblen Metallfolie“, so Kessler. Auf Glas werden derzeit die besten Solarzellen des Typs abgeschieden, der in Stuttgart weiterentwickelt wird. Das sind so genannte CIGS-Zellen. Das Kürzel setzt sich aus der Anfangsbuchtstaben der enthaltenen Elemente zusammen: Kupfer (copper), Indium, Gallium und Selen.

Diese Stromerzeuger nähern sich dem Wirkungsgrad von polykristallinen Zellen, der bei etwa 20 Prozent liegt, brauchen allerdings weit weniger Material, als auf einen Teelöffel passt. Wegen der geringen Menge sind die Werkstoffkosten beinahe vernachlässigbar, während sie bei Siliziumzellen entscheidend sind. Da auch der Energieverbrauch deutlich günstiger ist, sind CIGS-Zellen deutlich billiger.

Dünner ist besser

Bei der Flexibilität ist das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. Im Handel gibt es keine Stahlfolien, die dünner sind als 0,2 Millimeter. Die Folien, die im ZSW eingesetzt werden, sind eine Spezialanfertigung. Die Forscher haben eine fingernagelgroße Zelle hergestellt, die einen Rekordwirkungsgrad von 18,6 Prozent hat, ein Rekord nur diesen Typ. Eine ganze Reihe dieser Zellen wurden zu einen 30 mal 23 Zentimeter großen Modul mit einem Wirkungsgrad von 12,9 Prozent zusammengeschaltet. Das ist einer der weltweit besten Werte für Module dieser Größe.