 |
|
|
|
|
|
 |
 |
Neues aus der Welt der Wissenschaft |
|
|
|
|
|
|
Die tapezierbare Solarzelle |
|
| | | Dass Solarzellen eine mittlerweile weltweit eingesetzte Alternative zu konventionellen Energieträgern darstellen, ist bekannt. Doch eine neue Entwicklung ermöglicht nun auch den Bau von Solarzellen in einer kostengünstigen und 'tapetenartigen' Form. |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Dies berichten Ghassan Jabbour und seine Kolllegen von der University of Arizona in Tuscon, USA, in der aktuellen Ausgabe der 'Applied Physics Letters'.
Die Wissenschaftler arbeiteten mit einer speziellen Drucktechnik, die normalerweise zum Bedrucken von Mustern auf Stoffe verwendet wird, um damit Solarzellen aus Kunststoff herzustellen.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Diese Technologie stellt laut den Physikern einen neuen Schritt in Richtung einer allgemeinen und billigen Verfügbarkeit von Solarzellen dar. Die einzelnen Materialien von Solarzellen sind durchaus nicht teuer, kostenintensiv ist allerdings ihre Verbindung zu einer fertigen Photovoltaikzelle.
Bislang gelten jene hohen Produktionskosten als Hindernis für eine schnelle Verbreitung der Solarzellentechnologie.
|
|
Solarzelle
Solarzellen bestehen aus Halbleitern. Halbleiter sind unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig. Über 95 Prozent aller auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen aus Silizium. Es bietet den Vorteil, dass es als zweithäufigstes Element der Erdrinde in ausreichenden Mengen vorhanden und die Verarbeitung des Materials umweltverträglich ist. Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Halbleitermaterial "dotiert". Damit ist das definierte Einbringen von chemischen Elementen gemeint, mit denen man entweder einen positiven Ladungsträgerüberschuss (p-leitende Schicht) oder einen negativen Ladungsträgerüberschuss (n-leitende Schicht) im Halbleitermaterial erzielen kann. Werden zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten gebildet, entsteht an der Grenzschicht ein so genannter p-n-Übergang. |
|
|
 Mehr zu Solarzellen |
|
|
|
|
|
|
Weniger effizient, aber viel billiger |
|
| |
Die organischen Zellen, die die Physiker aus Arizona nun konstruiert haben, liegen zwar in ihrer Effizienz ein wenig hinter den konventionellen Solarsystemen aus Silizium, sollen aber aufgrund der wesentlich geringeren Produktionskosten attraktiv sein.
Im konventionellen Druck wird auf ein gerahmtes, straff gespanntes Sieb, das aus einem feinen Drahtnetz, Seide oder Kunstfaser besteht, eine Schablone aufgebracht, die die nicht Farbe tragenden Teile abdeckt. Der Druck erfolgt, indem mit einer "Gummirakel" Farbe durch den offenen Teil des Siebes auf den darunter liegenden Druckträger (Papier, Metall, Glas u. a.) gequetscht wird.
|
|
Eigenschaften einer Solarzelle
Die an Solarzellen abnehmbare Spannung ist abhängig vom Halbleitermaterial. Bei Silizium beträgt sie etwa 0,5 Volt. Die Klemmenspannung ist nur schwach von der Lichteinstrahlung abhängig, während die Stromstärke bei höherer Beleuchtungsstärke ansteigt. Bei einer 100 cm2 großen Siliziumzelle erreicht die maximale Stromstärke unter Bestrahlung von 1.000 W/m2 etwa einen Wert von zwei Ampere. Die Leistung einer Solarzelle ist temperaturabhängig. Höhere Zelltemperaturen führen zu niedrigeren Leistungen und damit zu einem schlechteren Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad gibt an, wieviel der eingestrahlten Lichtmenge in nutzbare elektrische Energie umgewandelt wird. |
|
|
|
|
|
|
Ähnlich wie beim Siebdruck |
|
| |
Die Gruppe um Jabbour druckte sehr flache, dünne Solarzellen auf eine gläserne Schicht in ähnlicher Weise wie beim Siebdruck. Zu aller erst überzogen sie das Glas mit einem transparenten, elektrisch leitenden Material, das als eine der Solarzell-Elektroden fungierte.
An die Spitze dieser Elektrode platzierten die Forscher einen dünnen Polymer-Film, der helfen soll, den elektrischen Strom vom photovoltaischen Material 'einzusammeln'.
|
|
|
|
|
|
Moleküle, die Licht in Energie verwandeln |
|
| |
Zu aller letzt fügten die Wissenschaftler dem Ganzen eine Mischung aus zwei organischen Komponenten hinzu, die das Licht in elektrische Energie umwandelten. Die eine Komponente, ein Kohlenstoffmolekül namens Fulleren, produziert elektrisch geladene Partikel, die als Träger elektrischen Stromes fungieren, wenn Licht auf die Fullerene trifft.
Die zweite Komponente, ein Polymer, transportiert den elektrischen Strom zu den Elektroden an der Spitze bzw. am Boden der Zelle.
|
|
Fullerene und Kohlenstoff
große, ausschließlich aus Kohlenstoff bestehende Moleküle mit in sich abgeschlossener, polyedrischer Struktur; am bekanntesten ist das C60-Molekül. Kohlenstoff ist ein vierwertiges Element, kommt in reinem (Diamant) und mit anderen Elementen gebundenem Zustand (Pflanzen und Tiere) vor und ist wesentlicher Bestandteil aller lebenden Materie. Zwei weitere, allein aus Kohlenstoff aufgebaute Verbindungen sind die Fullerene und Cado[n] Kohlenstoffe, die als 3. Modifikation (neben Diamant und Graphit) angesehen werden. |
|
|
Mehr zu Fullerenen |
|
|
|
|
|
|
Steigerung der Effizienz angestrebt |
|
| |
Bei Bestrahlung mit blauem Licht zeigten die 'siebbedruckten' Solarzellen einen Wirkungsgrad von 4,3 Prozent. In Bezug auf weißes Sonnenlicht sind sie weniger effizient als konventionelle Solaranlagen. Bei den Herstellungskosten allerdings liegen sie deutlich unter den herkömmlichen Solarzellen aus Silizium.
Jetzt arbeiten Forscher an einer Steigerung der Effizienz jener neuen Solarzellen, denn nicht nur die niederen Kosten machen sie in Zukunft für einen weltweiten Einsatz attraktiv. Alleine die Elastizität des Materials und ihre breitere Anwendungspalette machen sie attraktiver als die konventionelle Variante, so glauben die Physiker aus Arizona.
|
|
|
01.01.2010 |
