Solarenergie erfreut sich in den letzten zehn Jahren einer immer größeren Beliebtheit und nimmt jedes Jahr um etwa 40 Prozent zu. Derzeit entfällt rund 1 Prozent der weltweiten Gesamtenergiekosten.
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Die Technik ist aber immer noch teuer. Auch wenn die Preise für Solarmodule selbst gesunken sind, bleiben die Installationskosten hoch. Bis zu 80 Prozent der Kosten für die Anschaffung von Solarmodulen entstehen durch die Installation selbst, bei der schwere Module auf häufig geneigten Oberflächen wie Dächern befestigt werden.
Professor Vladimir Bulović und seine MIT-Kollegen Joel Jean und Annie Wang waren daran interessiert, mit diesen hohen Installationskosten und anderen Problemen umzugehen, als sie sich auf den Weg machten, eine ultraleichte Solarzelle herzustellen.
„Wenn man eine Solarzelle sehr leicht machen könnte, könnte man im Prinzip eine sehr große Solarzelle herstellen, die auf dem Dach oder auf einem Feld abgerollt werden kann“, sagt Bulović. "Dann ist die Installation möglicherweise so einfach wie das Heften der abgerollten Platte auf das Dach."
Bulović und sein Team haben den ersten Schritt in diese Richtung getan. Sie haben eine Solarzelle geschaffen, die so leicht ist, dass sie buchstäblich auf einer Seifenblase sitzen kann, ohne sie zu platzen. Es ist nur 2, 3 Mikrometer dick oder 1/30 bis 1/50 der Dicke eines menschlichen Haares. Es ist so dünn, dass es theoretisch auf fast allen Oberflächen verwendet werden kann, auch auf unglaublich empfindlichen - Luftballons, Kleidung, Papier und menschlicher Haut.
Das Team wusste, dass der Schlüssel zur ultraleichten Solarzelle darin bestehen würde, ein schweres Substrat - das Material, normalerweise Glas, auf dem die Solarzellenschichten gebildet werden - durch ein leichteres zu ersetzen. Sie müssten auch ein Verfahren bei Raumtemperatur anwenden, um die Solarzellen herzustellen, da das Hochtemperaturverfahren zur Herstellung herkömmlicher Solarzellen leichtere Substrate schmelzen oder beschädigen würde.
Das Material, mit dem sich das Team schließlich für den Proof of Concept entschieden hatte, war Parylen, ein flexibles Polymer, das der Saran-Folie ähnelte, aber viel dünner als diese war. Sie arbeiteten auf einer Glasplatte und schichteten eine sehr dünne Schicht Solarzellenmaterial in einer Vakuumkammer auf das Parylen. Anschließend versiegelten sie es mit einer weiteren Schicht Parylen. Dann schälten sie das Solarzellensandwich vom Glas.
Die resultierende ultraleichte Solarzelle kann 6 Watt Leistung pro Gramm erzeugen, etwa 400-mal mehr als das herkömmliche Gegenstück. Das neue Verfahren ist in der Fachzeitschrift Organic Electronics beschrieben.
Der nächste Schritt wird sein, herauszufinden, wie die ultraleichten Solarzellen in größeren Mengen hergestellt werden können. Das Verfahren zum Abscheiden des Solarzellenmaterials auf dem Substrat ist derzeit recht langsam und muss beschleunigt werden, um größere ultraleichte Solarzellen effizient herzustellen. Das Team muss auch verschiedene Substrate auf Festigkeit und Haltbarkeit testen.
"Wir sollten nachweisen, dass es für einige Jahre stabil funktioniert, wie es für tragbare Anwendungen erforderlich ist", sagt Bulović.
Die ultraleichten Solarzellen könnten in Bereichen nützlich sein, in denen das Gewicht von größter Bedeutung ist, z. B. bei Raumfähren. Mit ihnen könnten gewöhnliche Haushaltsgeräte mit Strom versorgt werden - elektronisches Berührungspapier, Touchpads, Sensoren -, ohne Gewicht und Masse hinzuzufügen. Sie könnten möglicherweise auch mit einer anderen Innovation von Bulović kombiniert werden - transparenten Solarzellen -, um auf nahezu jeder Oberfläche eine nahezu unsichtbare Energiequelle zu schaffen.
„Unser Ziel ist es, neu zu definieren, was eine Solarzelle ist und wie Solartechnologie eingesetzt werden kann“, sagt Bulović.
Der Ingenieur schätzt, dass es ungefähr ein Jahrzehnt dauern wird, bis die Technologie seines Teams zum Mainstream wird.
„Um von dieser Struktur zu einer größeren zu gelangen, können wir uns durchaus vorstellen, was erforderlich ist, um dorthin zu gelangen“, sagt er. „Es gibt keine signifikante Anzahl von Unbekannten. Die vor uns liegenden Aufgaben sollten überwunden werden können. “
