Plastikhaut für Solarzellen

Der Technologiekonzern 3M hat einen Polymerfilm entwickelt, der Dünnschicht-Solarzellen endlich zum Durchbruch verhelfen soll: Die Schutzschicht soll kaum Feuchtigkeit durchlassen und 20 Jahre halten.

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Von
  • Ucilia Wang

Der Technologiekonzern 3M hat einen Polymerfilm entwickelt, der Dünnschicht-Solarzellen endlich zum Durchbruch verhelfen soll: Die Schutzschicht soll kaum Feuchtigkeit durchlassen und 20 Jahre halten.

Biegsam, leicht, hauchdünn, großflächig: Die nächste Generation von Solarzellen soll der Photovoltaik ganz neue Anwendungsfelder eröffnen. Bislang fehlt allerdings eine bezahlbare, robuste Kunststofffolie, die die Glasversiegelung herkömmlicher Solarzellen gleichwertig ersetzt. Der US-amerikanische Technologiekonzern 3M hat nun einen 23 Mikrometer dicken Plastikfilm aus Fluoropolymeren vorgestellt, der es mit Glas aufnehmen soll. Und das bei nur einem Hundertstel der Dicke von Glasversiegelungen, wie Derek DeScioli, Business Development Manager in der Abteilung erneuerbare Energien bei 3M, betont.

Glas zeichnet sich dadurch aus, dass es billig, wasserdicht und vor allem lange haltbar ist. Leider ist es aber auch schwer, starr und zerbrechlich. Deshalb müssen herkömmliche Solarzellen besonders vorsichtig transportiert werden, was ebenfalls zu den Gesamtkosten beiträgt.

Die neue Schutzfolie von 3M würde nicht nur diese Probleme lösen. Auch die Gestelle, in denen Solarmodule heute montiert werden, könnten entfallen – ein Vorteil bei Dächern, die nur wenig Last aufnehmen können. Stattdessen ließen sich die Zellen auch direkt ins Dach einpassen.

„Biegsame Solarzellen haben viele Vorteile, die alle toll klingen. Aber wie verkapselt man sie? Dieser Aspekt ist in der Diskussion immer vernachlässigt worden“, sagt Steven Hegedus vom Institute of Energy Conversion an der University of Delaware.

Zwar gibt es bereits folienüberzogene Solarzellen, zum Beispiel als Camping-Zubehör oder neuerdings auch in Rucksäcke integriert. Die hierfür verwendeten Plastikfilme halten aber nicht 20 bis 25 Jahre ohne Unterbrechung der Witterung stand. Außerdem lassen sie zuviel zu viel Feuchtigkeit durch, was die neuen Dünnschicht-Halbleiter schädigt.

3M verwende nun ein Fluoropolymer, durch das Wassermoleküle nur sehr schwer diffundieren können, sagt Derek DeScioli. Pro Quadratmeter gelangten an einem Tag nur 0,5 Milligramm hindurch – ein Hundertstel dessen, was durch andere Kunststoffe gelangt. Weil das Material auch robuster gegenüber hohen Temperaturen und UV-Strahlung sei, erhöhe sich seine Lebensdauer. 3M habe das Material zudem so verfeinert, dass es kaum Sonnenlicht reflektiere.

Damit könnte 3M ein Trade-Off-Problem lösen, das neue Dünnschicht-Solarzellen bislang haben: Unempfindliche Halbleiter haben einen schlechten Wirkungsgrad, effizientere Halbleiter vertragen hingegen Feuchtigkeit nicht so gut.

Die Dünnschicht-Zellen von United Solar Ovonic aus Michigan etwa sind aus amorphem Silizium gefertigt, dem Feuchtigkeit relativ wenig anhaben kann. Als Abdichtung kann die Firma deshalb ein Kunstharz des Chemie-Herstellers DuPont einsetzen. Der Wirkunsgrad der Zellen liegt aber bei nur sieben Prozent.

Neue Dünnschichtzellen aus CIGS – einem Gemisch aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen – wandeln hingegen doppelt so viel Licht in Strom um wie die United-Solar-Zellen. Dafür reagiert das Halbleitermaterial viel empfindlicher auf Feuchtigkeit als amorphes Silizium. Zwar lassen sich CIGS-Zellen mittels Rotationsdruckverfahren auf langen Metall- oder Kunststoffbändern fertigen. Mangels eines geeigneten Kunststoffes ist als Versiegelung jedoch weiterhin Glas nötig.

Der Polymerfilm von 3M lasse sich nun in das Rotationsdruckverfahren integrieren, sagt DeScioli.
Neben CIGS-Zellen wolle 3M auch Cadmium-Tellurid- und organische Solarzellen bedienen. „Der Hauptvorteil unseres Films ist, dass Hersteller mit Rotationsdruckverfahren größere Module produzieren können“, sagt DeScioli. Das Material selbst sei zwar nicht billiger als Glas. Die Gesamtproduktionskosten, die leichtere Installation mit eingerechnet, würden sich aber verringern.

Derzeit wird der Film nur in einer Pilotanlage hergestellt, soll aber nächstes Jahr in die Massenfertigung gehen. Die potenziellen Kunden würden schon Schlange stehen, sagt DeScioli. (nbo)