Dünne Kunststofffolien erzeugen Solarstrom
Blauer Himmel, Sommer, Sonnenschein – Zeit für ein kühles Getränk. Gut, wenn der Weg zum Kühlschrank jetzt nur kurz ist. Noch besser, wenn auch die zum Kühlen benötigte Energie keine langen Strecken mehr zurücklegen muss und im eigenen Haus umweltfreundlich produziert werden kann. Zum Beispiel durch Sonnenkollektoren, die aber deutlich günstiger herzustellen sind als heute und vielseitiger einsetzbar sind.
Damit diese Vision Wirklichkeit wird, arbeitet die chemische Industrie mithilfe der Nanotechnologie an neuartigen Solarzellen auf der Basis von halbleitenden Polymeren. Diese Kunststoffe sind so biegsam und so dünn wie eine Klarsichthülle. Diese „Lichtzellen von der Rolle“ könnten künftig auf Flächen wie Hausdächern, Fassaden, Fenstern oder Markisen aufgebracht werden. Denkbar ist auch, dass sie auf Autodächern das Fahrzeug mit Strom versorgen oder als faltbarer Akku-Ersatz Handy & Co. unterwegs aufladen.
Sonnenenergie kostengünstiger anzapfen
Das Geheimnis für die Revolution unter der Sonne liegt in der neuartigen Zusammensetzung der Zelle. Denn im Gegensatz zur bisher genutzten Technologie mit Silizium besteht das Herzstück, die Solarzelle, bei der Organischen Photovoltaik (OPV) aus halbleitenden Polymeren. Dass Kunststoffe auch Strom leiten können, ist schon länger bekannt. Bereits seit den 1960er Jahren arbeitete die Wissenschaft an den photoelektrischen Effekten von Kunststoffen. Seit den 90er Jahren intensivierte sich dann die Forschung auf diesem Gebiet und man entwickelte neuartige Solarzellenkonzepte.
Der Vorteil gegenüber anorganischen Bauelementen wie Silizium liegt vor allem darin, dass sich die halbleitenden Polymere mit weniger Energieaufwand und damit kostengünstiger herstellen lassen. So könnten mit der neuen Technik die Herstellungskosten für die Solarmodule auf ein Drittel sinken. Auf diese Weise wird Sonnenenergie immer attraktiver.
Von der Rolle: Produktion als Massenware
Denn die Forscher haben noch ein weiteres Ass im Ärmel: Die Folien können wie in der Tapetenfabrik als Massenware von der Rolle gefertigt werden. Die Licht absorbierenden Materialien werden dabei in hauchdünnen Schichten aufgedampft. Oder sie werden aufgedruckt, wobei Techniken zum Einsatz kommen, die man von Tintenstrahldruckern kennt. Welcher Weg auch gewählt wird, der Materialverschleiß bleibt gering. Extreme Bedingungen wie das Arbeiten in Reinraumtechnik in der Siliziumtechnologie sind nicht erforderlich.
So entstehen nach mehreren Arbeitsschritten etwa 100 bis 250 Nanometer dünne Solarzellen, das entspricht etwa einem Zweitausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Als großflächige Folien lassen sich die neuen Solarstromlieferanten von der Rolle auch an Außenwänden anbringen oder sogar in Verbundglas einsetzen. Das galt bisher als unmöglich.
Das energieautarke Haus rückt näher
Um die neue Technologie zur Serienreife zu bringen, will die Forschungsinitiative „Organische Photovoltaik“ bis zu 300 Millionen Euro aufwenden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt die Initiative. Voraussichtlich ab 2015, so die Zielsetzung, könnten die organischen Solarzellen dann großflächig auf Dächern, Fenstern oder Fassaden zum Einsatz kommen. Weitaus früher denkbar sind Anwendungen wie etwa faltbare Ladegeräte für Mobiltelefone.
Bis es soweit ist, knöpfen sich die Wissenschaftler die „inneren Werte“ der Solarzellen vor. Gemeinsames Ziel ist es, Solarzellen zu entwickeln, die mindestens zehn Prozent der Sonneneinstrahlung in elektrische Energie umwandeln. Noch liegt der Wirkungsgrad bei rund fünf Prozent. Die Haltbarkeit soll mindestens 20 Jahre betragen.
Unabhängig vom Stromnetz, könnten Wohnhäuser so vielleicht bald selbst den Strom produzieren, den sie zum Kühlen oder Heizen, Waschen und Beleuchten benötigen – aus einer schier unerschöpflichen Energiequelle: der Sonne.