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Solarzellen aus Stoff Rollos und LKW-Planen zum Strom erzeugen

| Autor/ Redakteur: Katrin Schwarz* / Christian Lüttmann

Photovoltaik ist ein wichtiger Teil der Energiewende. Fraunhofer Forscher haben nun eine neue Technik erprobt, mit der sich biegsame Solarzellen auf Textilbasis herstellen lassen. Sie könnten bisher unerschlossene Flächen wie Rollos oder LKW-Planen in Stromgeneratoren verwandeln und so die herkömmlichen Siliziumzellen ergänzen.

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Dr. Jonas Sundqvist, Gruppenleiter Dünnschichttechnologien, zeigt Protoypen textiler Solarzellen.
Dr. Jonas Sundqvist, Gruppenleiter Dünnschichttechnologien, zeigt Protoypen textiler Solarzellen.
(Bild: Fraunhofer IKTS)

Dresden – Solarzellen auf den Dächern sind längst Usus, ebenso wie große Solarparks. Künftig sollen jedoch auch solche Flächen zur Energieerzeugung genutzt werden, die bislang nicht dazu taugten. LKW-Planen etwa könnten die Anhänger autark mit dem Strom versorgen, den der Fahrer während der Fahrt und auf Rastplätzen verbraucht oder der auf Logistikplätzen für die LKW-Ortung benötigt wird. Zudem könnten ganze Gebäudefronten zur Stromerzeugung beitragen, indem sie nicht wie bisher verputzt, sondern mit stromerzeugenden Abspanntextilien verkleidet werden. Bei Glasfassaden könnten Abschattungstextilien wie Rollos Hunderte von Quadratmetern in Stromerzeugungsflächen umwandeln.

Textilien zum Umwandeln von Licht in Strom

Möglich machen es textile, biegsame Solarzellen, die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt haben. „Über verschiedene Beschichtungsverfahren können wir Solarzellen direkt auf technischen Textilien herstellen“, sagt Dr. Lars Rebenklau, Gruppenleiter für Systemintegration und AVT am Fraunhofer IKTS.

Die Forscher verwenden in ihrem Herstellungsprozess kein Glas oder Silizium wie bei herkömmlichen Solarmodulen, sondern Textilien als Substrat. „Das jedoch ist alles andere als leicht – schließlich sind die Anlagen in den textilverarbeitenden Unternehmen mit fünf bis sechs Metern Stoffbreite und Stofflängen von tausend Metern riesig groß. Dazu kommt: Die Textilien müssen während der Beschichtung Temperaturen von etwa 200 °C überstehen“, ergänzt Dr. Jonas Sundqvist, Gruppenleiter für Dünnschichttechnologien am Fraunhofer IKTS. Auch andere Anforderungen wie Brandschutz-Vorschriften, große Stabilität und ein günstiger Preis sind für die Herstellung von Solarzellen elementar. „Wir haben uns im Konsortium daher für ein Glasfasergewebe entschieden, das all diese Anforderungen erfüllt“, sagt Sundqvists Kollege Rebenklau.

Herstellungsverfahren an Textilindustrie angepasst

Eine Herausforderung stellte auch das Aufbringen der verschiedenen Schichten einer Solarzelle auf das Gewebe dar – also die Grundelektrode, die photovoltaisch wirksame Schicht und die Deckelektrode. Denn verglichen mit diesen nur ein bis zehn Mikrometer dünnen Schichten gleicht die Oberfläche eines Textils einem riesigen Gebirge. Die Forscher greifen daher zu einem Trick: Sie bringen zunächst eine Einebnungsschicht auf das Textil auf, die Berge und Täler ausgleicht. Dazu nutzen sie den Transferdruck – ein Standardverfahren der Textilbranche, das auch zum Gummieren verwendet wird.

CVD-Beschichtungsanlage (kurz für chemical vapour deposition) für die Funktionalisierung textiler Gewebe
CVD-Beschichtungsanlage (kurz für chemical vapour deposition) für die Funktionalisierung textiler Gewebe
(Bild: Fraunhofer IKTS)

Auch alle weiteren Produktionsprozesse haben die Forscher von Anfang an so gestaltet, dass sie sich problemlos in die Fertigungslinien der Textilindustrien einfügen lassen: So bringen sie die Elektroden aus elektrisch leitfähigem Polymer ebenso wie die photovoltaisch wirksame Schicht über das gängige Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf. Um die Solarzelle möglichst robust werden zu lassen, laminieren die Forscher zusätzlich eine Schutzschicht darüber.

Effizienz soll noch steigen

Den ersten Prototyp hat das Forscherteam bereits hergestellt. „Wir konnten zeigen, dass unsere textile Solarzelle an sich funktioniert“, sagt Rebenklau. „Ihre Effizienz liegt momentan bei 0,1 bis 0,3 Prozent.“ In einem Nachfolgeprojekt arbeiten der Ingenieur und seine Kollegen nun daran, die Effizienz auf über fünf Prozent zu steigern – denn ab diesem Wert rechnet sich die textile Solarzelle.

Im Vergleich zu klassischen Siliziumzellen mit Effizienzwerten von 10 bis 20 Prozent liegt die textile Solarzelle selbst mit den angestrebten fünf Prozent Effizienz noch weit zurück. Allerdings soll die neuartige Zelle gar nicht mit den herkömmlichen konkurrieren, sondern sie sinnvoll ergänzen. Auch die Lebensdauer der textilen Solarzelle wollen die Forscher in den kommenden Monaten untersuchen und optimieren. Wenn alles funktioniert wie erhofft, könnte die das fertige Produkt in etwa fünf Jahren auf den Markt kommen.

* K. Schwarz: Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), 01277 Dresden

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