Dünner als ein Haar 20.07.2016, 11:39 Uhr

Solarzellen zum Wickeln: so hauchdünn, so flexibel und so effektiv

Koreanische Ingenieure haben ultradünne Solarzellen so flexibel gemacht, dass sie sich wie eine Folie um eine Nadel wickeln lassen. Diese extrem biegsamen Solarzellen bieten vielseitige neue Einsatzmöglichkeiten. Man kann sie auch auf eine Brille kleben.

Labor im südkoreanischen Gwangju Institute of Science and Technology: Die neu entwickelten Solarmodule bestehen aus dem Halbleitermaterial Galliumarsenid und sind besonders flexibel.

Labor im südkoreanischen Gwangju Institute of Science and Technology: Die neu entwickelten Solarmodule bestehen aus dem Halbleitermaterial Galliumarsenid und sind besonders flexibel.

Foto: GIST

„Unsere Photovoltaikzelle ist rund einen Mikrometer dünn“, erklärt Jongho Lee, Leitender Ingenieur am südkoreanischen Gwangju Institute of Science and Technology, kurz GIST, in Gwangju. Damit sind die Zellen dünner als ein menschliches Haar. Die Ergebnisse der koreanischen Forschungsarbeiten wurden jetzt im Journal Applied Physics Letters des amerikanischen Institute of Physics veröffentlicht.

Bisher auf dem Markt befindliche Solarzellen sind deutlich klobiger, üblicherweise hundertmal dicker und damit auch sehr viel weniger formbar, was ihre Anwendungen deutlich einschränkt. Selbst die dünnsten Photozellen sind noch zwei bis viermal so dick wie die jetzt von den Koreanern entwickelten ultradünnen Solarzellen.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Tagueri AG-Firmenlogo
(Junior) Consultant Funktionale Sicherheit (m/w/d) Tagueri AG
Hamburg Zum Job 
Tagueri AG-Firmenlogo
Consultant Systems Engineering (m/w/d) Tagueri AG
Hamburg Zum Job 
Funkwerk AG-Firmenlogo
Techniker / Ingenieur im Engineering Vertrieb (m/w/d) Funkwerk AG
deutschlandweit Zum Job 
ITW Fastener Products GmbH-Firmenlogo
Technische:r Vertriebsingenieur:in für VW ITW Fastener Products GmbH
Creglingen-Münster Zum Job 
Framatome GmbH-Firmenlogo
Senior Project Quality & OPEX Manager (m/w/d) Framatome GmbH
Erlangen Zum Job 
Tagueri AG-Firmenlogo
Teamleitung im Bereich Diagnose (m/w/d) Tagueri AG
Hamburg Zum Job 
Rheinmetall Electronics GmbH-Firmenlogo
Elektronikentwickler (m/w/d) Rheinmetall Electronics GmbH
Rheinmetall Electronics GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Kältemittelverdichter (m/w/d) Rheinmetall Electronics GmbH
Forschungszentrum Jülich GmbH-Firmenlogo
Ingenieur für Gebäudeausrüstung / Versorgungstechnik (w/m/d) Forschungszentrum Jülich GmbH
Jülich bei Köln Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieure - Schwerpunkt konstruktiver Ingenieurbau für die Bauwerksprüfung nach DIN 1076 (m/w/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Hamburg Zum Job 
Riedel Bau-Firmenlogo
Energieberater / Auditor (m/w/d) Riedel Bau
Schweinfurt Zum Job 
Rheinmetall Electronics GmbH-Firmenlogo
Projektmanager technische Entwicklungsaktivitäten (m/w/d) Rheinmetall Electronics GmbH
Neckarsulm Zum Job 
Diehl Aerospace GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Entwicklungsingenieur (m/w/d) Avionik (System) Diehl Aerospace GmbH
Nürnberg, Überlingen, Frankfurt am Main, Rostock Zum Job 
Stadtwerke Verkehrsgesellschaft Frankfurt am Main mbH-Firmenlogo
Teamleitung Haltestellen und Stationen (d/m/w) Stadtwerke Verkehrsgesellschaft Frankfurt am Main mbH
Frankfurt am Main Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Elektro- / Kommunikationstechnik Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt am Main Zum Job 
RENOLIT SE-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) für Automatisierungstechnik RENOLIT SE
Frankenthal Zum Job 
Lahnpaper GmbH-Firmenlogo
Leitung Entwicklungslabor (m/w/d) Lahnpaper GmbH
Lahnstein Zum Job 
Energieversorgung Halle Netz GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur - Fernsteuerung Energienetze (m/w/d) Energieversorgung Halle Netz GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
BREMER Hamburg GmbH-Firmenlogo
Bauleiter Schlüsselfertigbau (m/w/d) BREMER Hamburg GmbH
Hamburg Zum Job 
IPH Institut "Prüffeld für elektrische Hochleistungstechnik" GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Instandhaltung (m/w/d) IPH Institut "Prüffeld für elektrische Hochleistungstechnik" GmbH
Die Solarzellen sind rund einen Mikrometer dünn und so flexibel, dass sie sich auch um eine Nadel wickeln lassen. Sie können als Energiespender aber auch auf Brillen geklebt oder in Stoff eingesetzt werden.

Die Solarzellen sind rund einen Mikrometer dünn und so flexibel, dass sie sich auch um eine Nadel wickeln lassen. Sie können als Energiespender aber auch auf Brillen geklebt oder in Stoff eingesetzt werden.

Quelle: GIST

Allerdings ist der Wunsch nach so dünnen und trotzdem leistungsfähigen Zellen verbreitet. So forscht auch die US Army an solchen Zellen, um sie als Energiespender in Uniformen einzubauen. Bisherige Prototypen sollen 1000-mal dünner sein als ein Blatt Papier.

Basismaterial der Zellen ist Galliumarsenid

Die neu entwickelten Solarmodule bestehen aus dem Halbleitermaterial Galliumarsenid. Die Zellen wurden direkt auf ein flexibles Substrat ohne Einsatz eines Klebstoffs gestanzt. Als nächster Schritt wurden die Zellen im Kaltverschweissverfahren mittels Druck bei 170 °C auf die Elektrode aufgetragen.

Dabei wurde die oberste Schicht des Materials, genannt Photoresist, die als eine Art temporärer Klebstoff agierte, geschmolzen. Diese Schicht wurde später abgezogen, was zu einer direkten Bindung von Metall zu Metall führte. Die untere Metallschicht dient auch als eine Art Reflektor, um streuende Protonen direkt zur Solarzelle zurückzuleiten.

Die Wissenschaftler testeten die Effizienz der Zellen, indem sie Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelten. Ihre Effizienz war mit jener dickerer Photozellen vergleichbar.

Dünne Zellen mit hoher Leistungsdichte

In Biegsamkeitstests stellten die koreanischen Forscher fest, dass sich die Zellen um Gegenstände mit einer Dicke von bis zu 1,4 mm wickeln lassen. Das Team führte auch eine numerische Analyse aus und stellte fest, dass die Zellen nur ein Viertel der Beanspruchung im Vergleich zu Zellen mit einer Dicke von 3,5 Mikrometer erfahren. „Die Zellen sind damit beim Biegen weniger brüchig und  ähnlich leistungsfähig, wenn nicht sogar besser“, erklärt Lee.

Das GIST-Institut in Südkorea beschäftigt sich besonders mit flexiblen Solarzellen, die auch für medizinische Zwecke eingesetzt werden.

Das GIST-Institut in Südkorea beschäftigt sich besonders mit flexiblen Solarzellen, die auch für medizinische Zwecke eingesetzt werden.

Quelle: GIST

Dadurch eröffnen sich viele neue Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise der Einsatz in Datenbrillen, Fitness-Trackern oder intelligenten Uhren, die sie dann mit Energie versorgen. Die hauchdünnen Solarzellen lassen sich auch in Kleidung einnähen, um beispielsweise Strom für Smartphones zu liefern.

Auch in Deutschland wird an ultradünnen Zellen geforscht

Forschungsgruppen in anderen Ländern berichten ebenfalls von der Entwicklung von Solarzellen mit einer Dicke von nur rund einem Mikrometer. Auch in Deutschland arbeiten Forscher an ultradünnen, flexiblen Solarzellen. Dabei handelt es sich beispielsweise  um organische Solarzellen, die sich, weil aus billigem Kunststoff, nahezu beliebig formen lassen. Hersteller ist das Nürnberger Unternehmen Belectric Konarka, das derartige Zellen per Drucker herstellt, ähnlich wie Zeitungen. Auch die Solarspezialisten des ZSW in Stuttgart entwickeln  ultradünne Solarzellen.

Erst Ende Februar diesen Jahres hatten Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston die Entwicklung der dünnsten Solarzelle der Welt gemeldet. Sie ist so leicht, dass sie nicht einmal eine Seifenblase zum Platzen bringt.

Eine neuartige, ultradünne Solarzelle, die US-Forscher am MIT in Boston entwickelt haben, ist so leicht, dass sie nicht einmal eine Seifenblase beschädigt. 

Eine neuartige, ultradünne Solarzelle, die US-Forscher am MIT in Boston entwickelt haben, ist so leicht, dass sie nicht einmal eine Seifenblase beschädigt.

Quelle: Joel Jean und Anna Osherov/ MIT

 

Ein Beitrag von:

  • Peter Odrich

    Peter Odrich studierte Betriebswirtschaftslehre mit Schwerpunkt Verkehrsbetriebe. Nach 28 Jahren als Wirtschaftsredakteur einer deutschen überregionalen Tageszeitung mit langer Tätigkeit in Ostasien kehrte er ins heimatliche Grossbritannien zurück. Seitdem berichtet er freiberuflich für Zeitungen und Technische Informationsdienste in verschiedenen Ländern. Dabei stehen Verkehrsthemen, Metalle und ostasiatische Themen im Vordergrund.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.