Energiefolie: dünnste Solarzelle der Welt entwickelt

Eine ultradünne und hochflexible Solarzelle könnte künftig winzige Flugroboter antreiben und selbst feinste Kleidungsstücke zu Energielieferanten machen. Denn die von einem internationalen Forscherteam entwickelten Energiefolien sind nur zwei Mikrometer dick und damit dünner als ein Faden Spinnenseide. Zudem lassen sie sich wie ein Stück Frischhaltefolie wiederholt zerknittern ohne Schaden zu nehmen. "Diese ultradünnen organischen Solarzellen sind zehn Mal dünner, leichter und flexibler als jeder andere zur Zeit existierende Solarzellentyp", berichten die Forscher im Fachmagazin "Nature Communications". (doi:10.1038/ncomms1772) Mit einem Wirkungsgrad von 4,2 Prozent seien sie dennoch genauso leistungsfähig wie herkömmliche organische Solarzellen auf Glasträgern.

Mögliche Anwendungen der neuen Solarzellen seien Wetterballons, unbemannte Fluggeräte oder andere Fernerkundungssysteme, bei denen es auf das Gewicht ankomme. "Aber das Gleiche gilt auch für die Ausrüstung in der Wildnis, wo leichte Energiequellen gebraucht werden", schreiben Martin Kaltenbrunner von der Johannes Kepler Universität Linz und seine Kollegen. Auch Miniaturroboter ließen sich dadurch antreiben.

Standardmaterialien auf dünne Folie aufgetragen

Die neue Technologie nutzt Standardmaterialien, wie sie bereits für organische Solarzellen verwendet werden. Dennoch hat die Energiefolie nur 25 Prozent der Dicke und 45 Prozent des Gewichts der herkömmlichen organischen Solarzellen. Als Trägersubstrat verwendeten die Forscher kein mit Indium-Zinnoxid beschichtetes Glas, sondern nur eine 1,4 Mikrometer dünne Folie aus dem Kunststoff Polyethylenterephtalat (PET). Das ist das gleiche Material, aus dem auch viele Getränkeflaschen hergestellt werden. Auf diese Folie trugen sie zwei verschiedene aktive Schichten auf, die zusammen die eigentliche organische Solarzelle bildeten.

Ultradünne PET-Folien werden in der Industrie bereits routinemäßig hergestellt. "Das erleichtert die zukünftige Massenproduktion solcher Zellen durch Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren", schreiben die Forscher. Dabei wird die optisch aktive Schicht ähnlich wie beim Zeitungsdruck durch große Maschinen fortlaufend aufgetragen.

Solarzelle um ein menschliches Haar gewickelt

Die neue Solarzellfolie sei so biegsam und dünn, dass man sie sogar um ein menschliches Haar wickeln könne, schreiben die Wissenschaftler. Das Haar sei mit 35 Mikrometern Durchmesser gut 16 Mal dicker als die Folie. Auch über die Spitze eines 1,5 Millimeter dünnen Plastikröhrchens ließ sich die Solarzellfolie drapieren - ohne zu zerreißen.

In einem weiteren Experiment schoben die Forscher verschiedene Varianten dieser Solarzellfolien seitlich zusammen und zerknitterten sie dadurch. Selbst als die Solarzellen um 80 Prozent komprimiert waren, lieferten sie noch Strom, wie Kaltenbrunner und seine Kollegen berichten. Knitterten und dehnten sie die Solarzellfolie 20 Mal hintereinander, überstand sie auch diese Behandlung mit nur geringen Einbußen in ihrer Leistungsfähigkeit.