MIT-Forscher drucken Solarzellen auf Papier

Solarzellen bestehen heutzutage meist aus bläulich schimmerndem Silizium, das auf einem stabilen Trägermaterial montiert ist. Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) war das zu aufwendig: Sie haben Solarzellen entwickelt, die auf ein Trägermaterial wie Papier, Stoff oder Kunststoff gedruckt werden.

Fünf Schichten

Die Zellen bestehen aus fünf verschiedenen Materialien, die schichtweise auf das Trägermaterial per chemischer Gasphasenabscheidung aufgebracht werden. Eine Maske aus Papier sorgt dafür, dass die Lagen deckungsgleich sind. Das Aufbringen geschieht in einer Vakuumkammer bei knapp 120 Grad Celsius. Vorteil der niedrigen Temperatur ist, dass das Trägermaterial, etwa das Papier, nicht extra behandelt werden muss.

Vorteil der Zellen ist, dass sie auf ein günstiges Trägermaterial aufgebracht werden, was die Herstellungskosten drückt. Da sie auf einem flexiblen Substrat wie Papier oder Stoff aufgebracht werden können, ist zudem die Installation einfach: Die Solarzellen können unterschiedlichen Oberflächen angepasst werden.

1.000-mal falten

Ein weiterer Vorteil der Solarzellen ist ihre Stabilität: Sie können gebogen und sogar gefaltet werden, ohne dass sie ihre Funktion verlieren. Die Forscher druckten die Zellen auf ein Kunststoffsubstrat und falteten sie 1.000-mal. Auch danach arbeiteten sie noch einwandfrei. Die Wissenschaftler ließen auf Papier gedruckte Zellen durch einen Laserdrucker laufen, um zu prüfen, ob die Hitze des Gerätes den Zellen etwas anhaben konnte. Doch auch danach funktionierten diese noch. Aufgrund dieser Eigenschaften könnten die Zellen beispielsweise in ein Rollo oder eine Tapete integriert werden.

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Ein Blatt Papier mit einer aufgedruckten Solarzelle (Foto: Patrick Gillooly)

Der Wirkungsgrad der Zellen ist allerdings nicht sehr hoch: Sie wandeln gerade mal 1 Prozent des auftreffenden Lichts in elektrischen Strom um. Der Wirkungsgrad einer siliziumbasierten Solarzelle liegt bei rund 20 Prozent. Das reiche dennoch aus, um ein kleines elektrisches Gerät mit Strom zu versorgen, sagt Vladimir Bulović, einer der Teamleiter.

Wirkungsgrad erhöhen

Über eine Verfeinerung der Materialien werde sich zudem der Wirkungsgrad erhöhen lassen, ist der MIT-Wissenschaftler überzeugt. "Wir glauben, dass wir skalierbare Solarzellen produzieren können, die eine rekordverdächtige Watt-pro-Kilogramm-Leistung erreichen." Für solche Solarzellen gebe es eine Vielzahl von Anwendungen, sagte Bulović.

Die Forscher haben die Technik im Fachmagazin Advanced Materials beschrieben.