Eine Solarzelle zum Knittern, Rollen und Dehnen

Linz (Österreich) – Organische Solarzellen werden immer dünner, flexibler und effizienter. Der neueste Prototyp von Forschern der Universität Linz ist gerade einmal zwei tausendstel Millimeter dick und lässt sich viele Male sehr eng aufrollen. Wegen dieser hohen Flexibilität und des geringen Gewichts bieten sich solche Solarkraftwerke für die Stromversorgung intelligenter Kleidung oder zur Beschichtung von Wetterballons an. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Nature Communications“ berichten, liegt der Wirkungsgrad bei 4,2 Prozent und damit in der gleichen Größenordnung wie der Wirkungsgrad von vergleichbaren, aber deutlich starreren Solarzellen aus organischen Materialien.

„Solch ultradünne und leichte, mechanisch robuste Solarzellen könnten beispielsweise Energie für elektronische Textilien, synthetische Haut, insektenartige Robotik, Wetterballons, unbemannte Flugkörper oder Fernerkundungssysteme bereitstellen“, sagt Martin Kaltenbrunner von der Linzer Arbeitsgruppe „Soft Matter Physics“. Für diesen Prototyp griff sein Team auf verfügbare lichtaktive Substanzen für organische Solarzellen zurück. Lage für Lage deponierte es diese auf eine hauchdünne Trägerfolie aus Polyethylen. Für die elektrischen Kontakte dampfte es dann dünne Schichten aus Kalzium und Gold darauf.

Bis an die Belastungsgrenzen zerknitterten, rollten und dehnten Kaltenbrunner und seine Kollegen schließlich ihre extrem dünnen Solarzellen. Dabei blieben die flexiblen Energiefolien selbst nach einer 50-prozentigen Dehnung und Rollversuchen mit extrem kleinen Radien intakt. Rekordverdächtig zeigte sich vor allem das geringe Gewicht. Der Wirkungsgrad lag unter künstlichem Sonnenlicht bei 4,2 Prozent und damit im oberen Bereich für die verwendeten organischen Licht-Strom-Wandler. Mit einer Leistung von zehn Watt pro Gramm stellten die Forscher alle bisher verfügbaren Solarzellfolien weit in den Schatten.

Doch nicht nur Solarkraftwerke für Sensoren oder intelligente Textilien hat Kaltenbrunner mit seiner Entwicklung im Blick. „Dieses neuartige Konzept für ultradünne und dehnbare Elektronik ist nicht auf Solarzellen beschränkt“, sagt er. Es lässt sich auch auf integrierte, großflächige Schaltkreise anwenden. Selbst organische Leuchtdioden könnten auf diesem Konzept aufbauen und große und zugleich flexible Flächenleuchten ermöglichen. „Zusammen mit Sensoren und Aktuatorsystemen könnte so bald eine voll funktionsfähige, künstliche, dehnbare, elektronische Haut entstehen“, ist Kaltenbrunner überzeugt.