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Textilien als Solarkollektor Wenn der Pulli das Smartphone auflädt…

Autor / Redakteur: Stefanie Zeller* / Christian Lüttmann

Strom am eigenen Leib erzeugen – das soll mit speziell beschichteten Textilien möglich werden. So haben Empa-Forscher nun ein Material entwickelt, was aus gewöhnlichem Stoff leuchtende Sonnenkollektoren macht. Damit könnten in Zukunft möglicherweise kleine elektronische Geräte wie Smartwatches oder Smartphones per Solarstrom geladen werden.

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Der neu entwickelte Solarkollektor bei Bestrahlung mit blauem LED-Licht: Das Polymer-Material ist so flexibel, dass es sich mit einer Pinzette biegen lässt.
Der neu entwickelte Solarkollektor bei Bestrahlung mit blauem LED-Licht: Das Polymer-Material ist so flexibel, dass es sich mit einer Pinzette biegen lässt.
(Bild: Empa)

St. Gallen, Zürich/Schweiz – Der Energiehunger der Menschheit scheint unersättlich, er steigt gar mit dem zunehmenden Angebot an neuen elektronischen Gadgets weiter an. Zudem sind viele Menschen fast immer unterwegs und somit auf eine permanente Stromversorgung angewiesen, um Smartphone, Tablet und Laptop möglichst jederzeit und überall aufladen zu können. In Zukunft könnten dafür Steckdosen womöglich obsolet werden. Der Strom käme dann direkt aus der eigenen Kleidung. Möglich machen soll dies ein neues Polymer, das ein Forscherteam der Empa und der ETH Zürich entwickelt hat. Aufgebracht auf Textilfasern könnten damit Jacke, T-Shirt & Co. als Solarkollektor und mobiler Energielieferant fungieren.

Licht einfangen und zur Solarzelle leiten

Schon heute werden Materialien in der Solarindustrie eingesetzt, die in der Lage sind, indirektes oder Umgebungslicht für die Energiegewinnung zu nutzen. Diese Materialien enthalten spezielle Leuchtstoffe und werden als „Luminescent Solar Concentrators“, kurz LSC, bezeichnet. Die Leuchtstoffe in den LSC fangen indirekte Lichtstrahlen, also diffuses Umgebungslicht, ein und leiten sie zur eigentlichen Solarzelle weiter, die Licht dann in elektrische Energie umwandelt.

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Bisher sind LSC jedoch nur als steife Bauteile erhältlich und für den Einsatz in Textilien ungeeignet, weil sie nicht nur unflexibel sind, sondern auch nicht durchlässig für Luft und Wasserdampf. Einem interdisziplinären Forscherteam um Empa-Forscher Dr. Luciano Boesel gelang es nun, verschiedene dieser Leuchtstoffe in ein Polymer einzubringen, das genau diese Flexibilität und Luftdurchlässigkeit mitbringt.

Flexibel und luftdurchlässig muss es sein

Grundlage für das neue Funktionsmaterial bilden so genannte amphiphilische Polymer-Konetzwerke, kurz APCN. Dabei handelt es sich um ein in der Forschung seit langem bekanntes Polymer, das auf dem Markt bereits in Form von Silikon-Hydrogel-Kontaktlinsen erhältlich ist. Denn die besonderen Eigenschaften des Polymers – Durchlässigkeit für Luft- und Wasserdampf sowie Flexibilität und Stabilität – sind auch im menschlichen Auge von Vorteil.

„Wichtig für die Wahl genau dieses Polymers ist die Tatsache, dass wir hier zwei nicht-mischbare Leuchtstoffe im Nanometermaßstab einbauen und diese interagieren können. Es gäbe auch andere Polymere, in die diese Leuchtstoffe integriert werden könnten, aber dabei würden sie miteinander verklumpen, und die Produktion von Energie wäre somit nicht mehr möglich“, erklärt Boesel.

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Solarkollektoren zum Anziehen

In Zusammenarbeit mit Kollegen aus anderen Empa-Abteilungen hat Boesels Team dem Gelgewebe zwei unterschiedliche Leuchtstoffe beigemischt und es dadurch zu einem flexiblen Solarkollektor gemacht. Genau wie auf großflächigen Kollektoren fangen die Leuchtstoffe hier ein deutlich breiteres Spektrum an Lichtstrahlen ein, als es mit konventioneller Photovoltaik möglich ist. Die neuartigen Solarkollektoren können auf Textilfasern aufgebracht werden, ohne dass das Textil brüchig und anfällig für Risse wird oder sich Wasserdampf in Form von Schweiß im Innern anstaut. Solche am Körper in die Kleidung integrierbare Solarkollektoren bieten einen großen Nutzen für den wachsenden Bedarf an Energie, insbesondere für tragbare Geräte.

Originalpublikation: C Huang, K Jakubowski, S Ulrich, S Yakunin, M Clerc, C Toncelli, RM Rossi, MV Kovalenko, LF Boesel: Nano-domains assisted energy transfer in amphiphilic polymer conetworks for wearable luminescent solar concentrators, Nano Energy 76 (2020); DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105039

* S. Zeller, EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt, 8600 Dübendorf/Schweiz

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