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Forscher der TU Chemnitz drucken Solarzellen erstmals auf gewöhnliches Papier

Veröffentlicht am 14. September 2011,  Kategorie(n): Solarenergie

Im Bereich Solarzellen hat das Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz heute einen sensationellen Durchbruch vermeldet. Denn obwohl die Kosten von Photovoltaikmodulen in den letzen Jahren deutlich gesunken sind, sorgen die Verwendung teurer Materialien sowie die aufwändige Herstellung in Reinräumen immer noch dafür, dass Solarstrom vergleichsweise teuer ist. Forscher der Technischen Universität Chemnitz haben nun aber Solarmodule vorgestellt, die ganz einfach auf Papier gedruckt werden. Die 3PV genannte Technologie (Printed Paper Photo Voltaics) setzt dabei auf herkömmliche Druckverfahren und Standardpapiere, wie sie auch bei Zeitschriften, Plakaten oder Verpackungen eingesetzt werden.

Gedruckte Solarzellen auf Papier
Foto: B. Trnovec / pmTUC

In Zukunft könnten normale Druckereien mit speziellen Druckfarben Solarmodule am laufenden Band drucken

Für die 3PV-Solarmodule werden spezielle Druckfarben über klassische Druckverfahren wie Tief-, Flexo- und Offsetdruck auf das Papier gebracht. Die Farben besitzen elektrische Eigenschaften und bilden dann auf dem Papier die notwendigen Strukturen um bei Lichtbestrahlung Strom zu erzeugen. Da die genannten Druckverfahren sehr kostengünstig sind, sollen die so produzierten Solarmodule im Vergleich zur heute üblichen Technologie auch vergleichsweise billigeren Strom produzieren. Der Leiter des Instituts, Prof. Dr. Arved Hübler, der mit seinem Team seit über drei Jahren an der 3PV-Technologie arbeitet, spricht sogar von einem Paradigmenwechsel in der Solartechnologie. Seine Vision ist, dass in Zukunft normale Druckereien überall auf der Welt 3PV-Solarmodule produzieren und vermarkten können.

Vorbild Natur: Papiersolarzellen sollen trotz vergleichsweise kurzer Lebensdauer effizienter sein als heutige Solarzellen

Obwohl die gedruckten Solarzellen von Hübler und seinen Mitarbeitern Tino Zillger, Bystrik Trnovec, Mozzam Ali und Nora Wetzold, die von Kollegen von der Universität Würzburg bei der Charakterisierung der Zellen unterstützt wurden, in der Energieumwandlung bisher nur einen Wirkungsgrad von 1,3 Prozent erreichen, sollen sie in Zukunft aufgrund der effizienten Produktion und der niedrigen Materialkosten insgesamt einen deutlichen Vorteil gegenüber dem heutigen Stand der Technik erzielen können. Angestrebt wird ein Wirkungsgrad von mehr als fünf Prozent, damit ein 3PV-Modul auch bei einer Lebensdauer von unter einem Jahr wirtschaftlich interessant werden kann. „In der Natur finden wir ein Vorbild für diese Strategie: Auch grüne Blätter haben nur einen moderaten Wirkungsgrad in der Energieumwandlung von vier bis sieben Prozent und eine Lebensdauer von unter einem Jahr. Trotzdem ist dieser Weg offenbar erfolgreich“, erläutert Hübler.

Im Rahmen der Forschung wird ein neuer Materialansatz verfolgt, indem man als Basiselektrode natürlich oxidiertes Zink mit einem speziellen Druckprozess aufbringt und die transparente Gegenelektrode mit PEDOT, einem leitfähigen Polymer druckt. „Die verwendeten Materialien werden laufend optimiert und wir sind guter Dinge, die 3PV-Parameter weiter zu verbessern“, erklärt Tino Zillger, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Print- und Medientechnik und für das Projekt verantwortlich. Von den bereits sehr stabilen 3PV-Modulen, die mit der Rollendruckmaschine im Labor des Institutes hergestellt wurden, zeigte sich das Team um Hübler selbst ein wenig überrascht. „Unsere lange Erfahrung auf dem Gebiet der gedruckten Elektronik zahlt sich hier wohl aus“, so der Inhaber der Professur Printmedientechnik.

3PV - Gedruckte Solarzellen auf Papier
Foto: B. Trnovec / pmTUC

Beitrag zur Energieversorgung ist nur eine Nutzungsmöglichkeit der 3PV-Solarzellen, die als Altpapier recycelt werden können

Die Papiersolarzellen könnten in Zukunft aber nicht nur einen wirtschaftlichen Beitrag zur allgemeinen Energieversorgung leisten, sondern vor allem auch kleine elektrische Geräte mit sauberem Strom betreiben. Intelligente Verpackungen könnten etwa in Zukunft mit aufgedruckten Solarzellen viele Zusatzfunktionen mit Strom versorgen, vom Display bis zu Sensoren. Die Handhabung der Papier-Solarmodule kann denkbar einfach sein. Tino Zillger zeigt eine mögliche Lösung mit den am Institut für Print und Medientechnik hergestellten 3PV-Modulen: Die Papierstreifen werden mit normalen Druckknöpfen zusammengeknöpft, und sofort fließt Strom. Nach der Verwendung können die Papiermodule ins Altpapier zum Recycling gegeben werden. So wird laut Hübler nicht nur erneuerbare Energie erzeugt, sondern die Solarzelle selbst besteht aus nachwachsenden Rohstoffen und ist selber erneuerbar.

Weitere Informationen sowie aktuelle Forschungsergebnisse finden sich auf der Webseite www.pppv.de

 
 
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Kategorie(n): Solarenergie
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