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12.08.2019 | Funktionswerkstoffe | Im Fokus | Onlineartikel

Strom aus textilen Solarzellen

Autor:
Dieter Beste

Werden Lkw-Plane künftig nicht nur die Fracht des Fahrzeugs schützen, sondern zugleich auch Strom für bordeigene Kühlaggregate erzeugen? Dresdner Forscher möchten mit textilen Solarzellen die Anwendungsmöglichkeiten der Photovoltaik ausweiten.

Textile Solarzellen, so die Vision von Forschern in Dresden, sollen künftig herkömmliche Siliziumzellen sinnvoll ergänzen. Solarzellen auf Basis von Glasfasergewebe könnten etwa in Gebäudefronten integriert werden und dort zur Stromerzeugung beitragen. Und auch bei Glasfassaden könnten Abschattungstextilien wie Rollos Hunderte von Quadratmetern in Stromerzeugungsflächen umwandeln.

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Gemeinsam mit Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Elektronische Nanosysteme (ENAS), dem Sächsischen Textilforschungsinstitut sowie den Unternehmenspartnern Erfal, Pongs Technical Textiles, Paul Rauschert und Gilles Planen, gelang es jetzt am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) solche textilen, biegsame Solarzellen herzustellen. Allerdings sei es alles andere als einfach, die Substrate Glas oder Silizium herkömmlicher Solarmodulen durch Textilien zu ersetzen, sagt Lars Rebenklau vom IKTS: "Schließlich sind die Anlagen in den textilverarbeitenden Unternehmen mit fünf bis sechs Metern Stoffbreite und Stofflängen von tausend Metern riesig groß." Zudem, ergänzt Jonas Sundqvist vom IKTS, müssten die Textilien während der Beschichtung Temperaturen von etwa 200 Grad Celsius überstehen. Die Projektpartner entschieden sich schließlich für ein Glasfasergewebe, das alle Anforderungen erfüllte.

Orientierung an Standardverfahren

Eine Herausforderung war es auch, die verschiedenen Schichten einer Solarzelle – also die Grundelektrode, die photovoltaisch wirksame Schicht und die Deckelektrode – auf das Gewebe aufzubringen. Denn verglichen mit diesen nur ein bis zehn Mikrometer dünnen Schichten gleicht die Oberfläche eines Textils einem riesigen Gebirge. Deshalb brachten die Forscher zunächst per Transferdruck, einem Standardverfahren der Textilindustrie, eine Einebnungsschicht auf das Textil auf. Auch alle weiteren Produktionsschritte orientierten sie an in der Textilindustrie üblichen Fertigungsverfahren. So trugen sie die Elektroden aus elektrisch leitfähigem Polymer ebenso wie die photovoltaisch wirksame Schicht über das gängige Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf. Schließlich laminierten sie noch eine Schutzschicht auf die textile Solarzelle auf. 

Die Polymere sind in der Regel gute elektrische Isolatoren. In letzter Zeit sind aber auch leitfähige Polymere entdeckt worden. Sie bestehen aus Ketten von Polyacethylen, das ähnlich wie Halbleiter mit Elektronendonatoren oder Akzeptoren dotiert wurde. Im Gegensatz zu Metallen ist die elektrische Leitfähigkeit nur eindimensional. Die Elektronen bewegen sich nur längs der Molekülketten." Erhard Hornbogen, Gunther Eggeler, Ewald Werner, "Werkstoffe", Seite 372.

Marktreife in etwa fünf Jahren

Inzwischen ist ein erster Prototyp fertiggestellt. "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 arbeitet das Team nun daran, die Effizienz auf über fünf Prozent zu steigern – ab diesem Wert rechneten sich textile Solarzellen. Auch deren Lebensdauer wollen die Forscher in den kommenden Monaten untersuchen und optimieren. Wenn alles funktioniere wie erhofft, könnten textile Solarzellen in etwa fünf Jahren auf den Markt kommen. Dann wäre auch das ursprüngliche Ziel des gemeinsamen Projekts PhotoTex erreicht: Neue Anregungen für den Textilstandort Deutschland zu finden und die Wettbewerbsfähigkeit dieser Industriebranche zu steigern. 
 

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