Nur 20 Kilo pro Dach: MIT entwickelt ultraleichte Solarzellen

Solarzellen gelten als eine der Säulen beim Wechsel hin zu sauberen Energieformen. In dem Bereich gibt es technologisch noch viel Potential. Als vielversprechend gelten etwa auch dünne und flexible Solarzellen, die auch auf ungewöhnlicheren Oberflächen angebracht werden können. Eine Neuentwicklung von Forscher:innen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) fällt besonders dünn aus: Die Solarzellen sind dünner als ein menschliches Haar und damit auch besonders leicht.

Dünner als ein Haar

Das MIT-Team baut bei den neuen Solarzellen auf eigenen Fortschritten in der Materialwissenschaft auf, die 2016 in ultradünnen Solarzellen resultierten, die auf eine Seifenblase gelegt werden können, ohne diese zum Platzen zu bringen. Derartige Technologien bringen viel Potential mit sich, allerdings mussten die dünnen Zellen unter dem Einsatz von Vakuum-Kammern und teuren Aufdampf-Technologien hergestellt werden. Um die Technologie besser skalieren zu können wendeten sich die Forscher:innen nun druckbaren Materialien zu.

Dazu verwendeten sie Nanomaterialien in Form von druckbaren Halbleiter-Tinten, eine Technologie, die im Elektronik-Bereich vielseitige Anwendungsmöglichkeiten hat. Diese werden dann in ein Plastiksubstrat eingebracht, das lediglich 3 Mikron dick ist. Gemeinsam mit einer druckbaren Elektrode formen die Tinten so ein Solarmodul. Dieses Modul kann dann auf ein Stoffsubstrat aufgebracht werden, dass ihm mechanische Stabilität verleiht ohne viel Gewicht hinzuzufügen.

Dünne flexible Solarzelle für viele Anwendungsgebiete

Das Ergebnis ist eine dünne, sehr flexible und leichte Solarzelle, die nur etwa ein Hundertstel des Gewichts konventioneller Zellen hat und dabei 18 Mal so viel Energie pro Kilogramm produzieren kann. In praktischen Tests konnten die Forscher:innen in Verbindung mit der Stoffschicht 370 Watt Energie pro Kilogramm Solarzellen produzieren. Ohne die Stoffschicht stieg dieser Wert auf 730 Watt an.

„A typical rooftop solar installation in Massachusetts is about 8,000 watts. To generate that same amount of power, our fabric photovoltaics would only add about 20 kilograms (44 lb) to the roof of a house„, so Mayuran Saravanapavanantham, der an dem Projekt beteiligt ist.

Die Tests des Teams zeigten außerdem, dass die Stoff-Solarpanele bis zu 500 Mal aufgerollt und wieder entrollt werden können und dabei nur 10 Prozent Leistungsfähigkeit verlieren, was ein gutes Zeichen für ihre Haltbarkeit ist. Allerdings müssen die Forscher:innen nun noch ein weiteres Problem angehen: Die ultradünnen Zellen müssen vor Umwelteinflüssen geschützt werden.

„Encasing these solar cells in heavy glass, as is standard with the traditional silicon solar cells, would minimize the value of the present advancement, so the team is currently developing ultrathin packaging solutions that would only fractionally increase the weight of the present ultralight devices„, so Jeremiah Mwaura vom MIT Research Laboratory of Electronics.

Sollten diese Probleme noch gelöst werden können, so würde dies viele Anwendungsbereiche für die ultradünnen Solarzellen eröffnen. Sie könnten etwa auf die Segel von Segelbooten, die Außenseite von Zelten oder die Flügel von Drohnen aufgebracht werden – theoretisch wären ihren Einsatzmöglichkeiten nur wenige Grenzen gesetzt.

via MIT