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Hightech
Das T-Shirt als Kraftwerk
Organische Solarzellen dienen als mobile Ladestation
von Arash Motlagh
Die klimaneutrale Lösung aller Energieprobleme formulieren
nicht wenige Vertreter der Solarbranche als Ziel
ihrer Zunft. Tatsächlich reicht ein Bruchteil der von der
Sonne auf die Erdoberfläche abgestrahlten Energie, effizient genutzt,
um den Bedarf der gesamten Weltbevölkerung zu decken.
Hier gilt es ein gewaltiges Potenzial auszuschöpfen und Solarstrom
aus Textilien soll dabei helfen.
Man stelle sich vor: Es ist ein wunderschöner Sommertag, die
Sonne lächelt freundlich und sie liegen an einem menschenleeren
Strand. In der sozial vernetzten Welt wollen sie ihr Glück
natürlich den Liebsten per Fotohandy mitteilen, aber wie sooft in
solchen Situationen lässt sie der Akku im Stich. ,,Kein Problem,
die Sonne scheint ja“, denken Sie sich als moderner, technikbegeisterter
Mensch und schließen ihr Handy zum Aufladen an Ihr
T-Shirt an. In naher Zukunft sollen organische Solarzellen genau
das ermöglichen.
Neben den weitläufig bekannten, aus Silizium hergestellten, anorganischen
Solarzellen, forschen Wissenschaftler nämlich auch
intensiv im Bereich der organischen Zellen. Diese werden durch
spezielle Druckverfahren in flexiblen Unterlagen, zum Beispiel
Textilien, eingearbeitet und erzeugen sauberen und günstigen
Ökostrom. Künftig sollen mit ihrer Hilfe neue Anwendungsfelder
erschlossen werden, die mit klassischen Solarzellen kaum
oder gar nicht zu realisieren wären. Dadurch sind so genannte
stromerzeugende Kleidungsstücke für mobile Elektronik oder
Möbel und Fassaden, die Energie liefern, nicht nur vorstellbar,
sondern konkret in Planung.
die Wissenschaft dahinter
Klassische Solarzellen auf Siliziumbasis bestehen aus zwei Halbleiterschichten.
Das Besondere an Halbleitern ist, dass sie durch
zugeführte Energie, den Sonnenstrahlen zum Beispiel, angeregt
werden und freie Ladungsträger erzeugen. Wird nun ein elektrisches
Feld angelegt, das die Elektronen in die gleiche Richtung
lenkt, fließt Strom. Dieses Prinzip funktioniert analog auch bei
organischen Solarzellen, nur braucht man bei der organischen
Version noch einen „Elektronen-Transporter“, die so genannten
Fullerene: Fällt Sonnenlicht auf eine organische Zelle, wird
auch diese angeregt. Die freigesetzten Elektronen werden von
Fullerenen, also Kohlenstoff der kugelförmig angeordnet ist,
aufgenommen und zum Abnehmer weitergeleitet. Dieser Elektronenfluss
wird dann als Strom bezeichnet. Das Material für
diesen Solarzellentyp basiert auf organischen Kohlenwasserstoffen,
aus denen zum Beispiel auch Erdöl und Erdgas bestehen.
Sie verleihen den Zellen ihre stromleitende Eigenschaft und den
Namen: organische Solarzelle. So viel zur Theorie. In der Praxis
sind noch einige Hürden zu überwinden.
Im direkten Vergleich bestehen zwischen den organischen Zellen
gegenüber den anorganischen einige Vor- aber auch Nachteile.
Vorteil ist eine energieeffiziente und umweltfreundliche Herstellung.
Dies gelingt aufgrund günstiger Produktionsverfahren
und niedrigen Materialkosten. Zudem stellen vor allem die
Flexibilität und einfache Handhabung enorme Vorteile dar. Das
Problem: Organische Zellen zersetzen sich und altern dadurch
recht schnell. Eine Schwierigkeit stellt noch der noch zu geringe
Wirkungsgrad von sechs bis acht Prozent dar. Daran wird weiterhin
geforscht.
Bei anorganischen Solarmodulen sind Wirkungsgrade von durchschnittlich
15 bis 20 Prozent üblich. Sie besitzen zwar eine lange
Lebensdauer, müssen aber mit hohem Energie- und Chemieaufwand
hergestellt werden. Außerdem ist ihr Einsatz, aufgrund der
fehlenden Flexibilität der Materialien, nur auf speziellen Flächen,
beispielsweise auf dem Hausdach möglich. Bei organischen Solarzellen
gibt es diese Beschränkungen nicht. Sie können auf sehr
unterschiedlichen Materialien einfach und kostengünstig aufgebracht
werden. Ob eingearbeitet in Textilien, auf Kunststoffen
oder in transparenter Form als stromerzeugende Fensterfolie.
Den Möglichkeiten sind kaum Grenzen gesetzt und immer neue
Anwendungsbereiche ergeben sich den Entwicklern.
Solarzellen auf Kunststoffen
Die amerikanische Firma Konarka geht hier einen eigenen Weg.
Der Hersteller der sogenannten ,,Power Plastics” verwendet
statt Textilien Kunststoffe als Trägermaterial für die organischen
Solarzellen. Die Firma wurde 2001 vom kalifornischen Physik-
Professor Alan J. Heeger gegründet. Heeger und zwei Kollegen
erhielten im Jahr zuvor den Nobelpreis, für die Entwicklung
leitender Kunststoffe, so genannter Polymere. Damit legten sie
den Grundstein für Solarzellen auf Kunststoffbasis. Die Zellen
werden von großen Druckmaschinen, ähnlich wie beim Zeitungsdruck,
auf die Trägerschicht aufgebracht und sind dadurch
deutlich günstiger und einfacher herzustellen als die anorganischen
Module. „Man könnte sie als Tinte bezeichnen, denn man kann
sie wie Tinte drucken“, erklärt Heeger. Nach der Übernahme der
Forschungsaktivitäten von Siemens im Bereich der Photovoltaik
im Jahr 2004, investierte der Konzern in diese Sparte und konnte
einige Jahre später die ersten Produkte für den Massenmarkt vorweisen.
Das sind zum Beispiel Rucksäcke oder Handtaschen mit
Solarmodulen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln und somit
als tragbares Kraftwerk schon zu kaufen sind. Geringe Mengen
Licht reichen hierbei aus, um die Stromerzeugung anzukurbeln.
Auch in den Bereich der modernen Architektur sind die Solarmodule
von Konarka bereits vorgedrungen. Unter dem Namen
“Gebäudeintegrierte Photovoltaik” sind sie an Fassaden großer