Per Tintenstrahldruck hergestellte Solarzelle auf einer Seifenblase

© KAUST/Anastasia Serin

Science
08/29/2020

Neue Solarzellen sind so leicht, dass eine Seifenblase sie trägt

Bei einem in Saudi-Arabien entwickelten Verfahren werden Solarzellen-Komponenten per Tintenstrahl auf Oberflächen gedruckt.

Mit einem neuen Herstellungsverfahren könnten Solarzellen künftig leichter denn je werden und so auf unterschiedlichsten Geräten zur Anwendung kommen. Produziert werden die Solarzellen dabei mit einer Art Tintenstrahldrucker. Schichtweise werden verschiedene Komponenten auf Oberflächen aufgetragen. Für die Elektrodenschichten wurde ein neues, leitfähiges Polymer namens PEDOT:PSS entwickelt. Zwischen zwei Schichten dieses Materials sitzt ein organisches Photovoltaik-Material. Darüber kommt eine Schutzschicht aus Parylenen, die die gesamte Solarzelle flexibel, wasserdicht und biokompatibel macht.

Medizinische Pflaster

Wie Phys.org berichtet, sind solcherart hergestellte Solarzellen so dünn, leicht und flexibel, dass sie von Seifenblasen getragen werden können. Sie könnten künftig eingesetzt werden, um neuartige elektronische Geräte mit Strom zu versorgen, etwa medizinische Pflaster.

"Die unglaublichen Fortschritte bei elektronischer Haut für Roboter, Sensoren für Fluggeräte und krankheitserkennenden Biosensoren sind allesamt wegen ihrer Energiequellen eingeschränkt", sagt Studien-Co-Autorin Eloise Bihar. "Statt klobiger Batterien oder einem Anschluss an das Stromnetz, dachten wir an die Verwendung von leichten, ultradünnen, organischen Solarzellen, um sowohl in Innenräumen als auch Draußen Strom aus Licht zu gewinnen."

Beschränkter Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Licht in Strom ist freilich noch begrenzt. Im besten Fall liegt er bei 4,73 Prozent, was aber immerhin mehr ist, als frühere Solarzellen, die mit Tintenstrahldruck hergestellt wurden. Auf einer flexiblen Oberfläche beträgt der Wirkungsgrad nur 3.6 Prozent. Entwickelt wurde die neue Methode unter Leitung der Materialwissenschaftlerin Derya Baran an der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saudi-Arabien.

Anspruchsvolle Drucktechnik

Eine der größten Herausforderungen war die Adaptierung der Drucktechnik. "Tintenstrahldruck ist eine Wissenschaft für sich", meint Studien-Co-Autor Daniel Corzo. "Die intermolekularen Kräfte innerhalb der Patrone und die Tinte müssen darauf ausgelegt sein, sehr feine Tröpfchen aus einer sehr kleinen Düse auszustoßen. Lösungsmittel spielen auch eine große Rolle, nachdem die Tinte aufgetragen wurde, weil das Trocknungsverhalten die Filmqualität beeinflusst."

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