Ultraleichte Solarzelle

Photovoltaik wird immer günstiger – und gleichzeitig leistungsfähiger. Doch an der grundsätzlichen Bauart der Module, von denen sich immer mehr auf unseren Dächern befinden, hat sich in vielen Jahrzehnten kaum etwas geändert: Die Zellen sind meist starr auf ihrer Oberfläche angebracht und insgesamt recht schwer. Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) im amerikanischen Cambridge haben nun eine winzige Solarzelle entwickelt, die so klein ist, dass sie auf eine Seifenblase passt.

Darüber hinaus ist sie dünn, flexibel und leicht genug, um sich mit nahezu jedem Material zu vereinen. Eine einzelne Zelle liefert zwar für sich genommen nicht besonders viel Strom, kann aber mit anderen kombiniert werden. So wäre also auch Kleidung mit eingebauten Solarmodulen denkbar – oder das Bedecken der Außenhaut eines Flugzeugs mit Sonnenstromerzeugern.

Beim Produktionsverfahren der Forscher wird im Rahmen eines Vakuums in einem einzigen Schritt das Substrat der Zelle sofort mit einer Schutzschicht – in beiden Fällen flexible Polymere namens Parylene – versehen. Zur Lichtabsorption wird das organische Material DBP eingesetzt. Bislang existieren allerdings nur Proof-of-Concept-Modelle mit relativ geringer Stromausbeute.

Das Verhältnis zwischen Gewicht und Output sei aber das höchste, das jemals erzielt wurde, sagen die Forscher. Reguläre Solarmodule auf Siliziumbasis, deren Glasschicht im Rahmen stationärer Photovoltaikanlagen viele Kilos in Anspruch nimmt, leisten im Schnitt 15 Watt Energie pro Kilogramm. Laut MIT erreicht die neue Technik auf Parylene-Basis bereits jetzt in Demonstrationen 6 Watt pro Gramm, was einen 400 Mal höheren Output verspricht.

Vladimir Bulovic, Professor an der MIT School of Engineering und Vizedekan für Innovation, leitet das Projekt zusammen mit seinen Kollegen Annie Wang und Joel Jean. "Der innovative Schritt hier ist, dass uns klar wurde, dass wir das Substrat gleichzeitig mit dem eigentlichen Gerät wachsen lassen können", sagt er. Ein Prozess könne viele Materialien vereinen. Jean, der Doktorand ab Bulovics Lehrstuhl ist, meint, der Umgang mit dem Produkt der Arbeit des Teams sei gar nicht so leicht: "Atmet man zu stark, kann man die Zelle schon mal wegblasen."

Dünnfilmschichten auf Basis von Parylenen mit einer Dicke von bis zu 80 Mikrometern lassen sich mit konventionellen Produktionsmitteln erstellen, ohne die Vorteile der Inline-Substrat-Bildung zu verlieren, so die Wissenschaftler. Das macht die Herstellung günstig.

"Wir legen unseren Träger in ein Vakuumsystem, setzen alle notwendigen Komponenten darauf und schälen die ganze Einheit dann ab", so Wang, Research Scientist in Bulovics Labor.

Wann mit einer Kommerzialisierung der Technik zu rechnen ist, lässt sich derzeit noch nicht sagen. Fachleute meinen aber, dass das Grundrezept von Bulovic und Co. einfach genug ist, dass sich eine Skalierung lohnt. Letztlich ließen sich Photovoltaik-Zellen dann auf nahezu jedes Material laminieren, ohne dass es allzu viel Gewicht kostet. (bsc)