Die TU-Chemnitz stellt ein Solarmodell aus Papier vor - Die Weiterentwicklung von preisgünstigen Solarmodulen

Professor Dr. Arved Hübler, vom Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz, und sein Team, Tino Zillger, Bystrik Trnovec, Mozzam Ali und Nora Wetzold und Kollegen der Universität Würzburg, stellen nach dreijähriger Forschung, die Solarmodule, die mit Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften auf Standardpapiere gedruckt wurden, vor:

Foto:Solarmodule aus Papier

Wie funktionieren die preisgünstigen Solarmodule aus Papier?

Der Betrachter sieht, dass jedes Modul auf der Vorderseite einen aktiven Schichtaufbau hat und auf der Rückseite aus einem Papiersubstrat besteht. Jedes der ungefähr 15 mal 15 Zentimeter messenden, auf Papier gedruckten Solarmodule, besteht aus mehreren Streifen, mit Solarzellen. Die einzelnen Module bilden, weil sie mit einer Art Druckknopf verbunden sind, eine Serienschaltung. Diese Serien sind untereinander mit Kabeln verknüpft.
Die Technologie, die das Papier mit elektrischen Eigenschaften versieht, wird 3PV, printed paper photo voltaics, genannt und ergänzt den herkömmliche Tief-,- und Offsetdruck. Bei der Herstellung von Solarmodulen können die gleichen Papiere verwendet werden, wie bei herkömmlichen Zeitschriften, Plakaten oder Verpackungen. Den Unterschied zum Papierdruck bilden spezielle Druckfarben. Mit ihnen werden auf dem Papier die notwendigen Strukturen gebildet, damit bei einer Lichtbestrahlung des Papiers, Strom entsteht. Weil beim Druck klassische Druckverfahren eingesetzt werden können, werden die Solarmodule kostengünstiger und der mit diesen Solarmodulen produzierte Strom, im Vergleich zur anderen heute üblichen Technologie, billiger.
Professor Hübler spricht, bei der Weiterentwicklung in der Solartechnik zur Herstellung von Solarmodulen aus Papier, von einer gravierenden Veränderung in der Solartechnologie. Seine Vision ist, dass in Zukunft normale Druckereien, überall, dort wo sie auf der Welt gebraucht werden, 3PV-Solarmodule produzieren und vermarkten können.

Solarmodule aus Papier werden stetig verbessert

In der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials, in der die Chemnitzer Forscher ihre Ergebnisse veröffentlichten, berichten die Wissenschaftler, dass mit den in Chemnitz gedruckten Zellen ein Wirkungsgrad in der Energieumwandlung von mehr als einem Prozent erreicht wurde. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein neuer Materialansatz verfolgt. Es wurde natürlich oxidiertes Zink mit einem speziellen Druckprozess als Basiselektrode aufgebracht und die transparente Gegenelektrode mit PEDOT, einem leitfähigen Polymer, gedruckt. Durch die laufende Optimierung des Materials wird, so der Wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Print- und Medientechnik und für das Projekt verantwortliche Tino Zillner, eine ständige Verbesserung der 3PV-Parameter erreicht. Das Team um Hübler war überrascht über die Produktion der sehr stabilen 3PV-Module, die auf der Rollendruckmaschine im Labor des Institutes entstanden. "Unsere lange Erfahrung auf dem Gebiet der gedruckten Elektronik zahlt sich hier wohl aus", so der Inhaber der Professur Printmedientechnik.

Foto:Tino Zillger und Dr. Mozzam Ali vermessen die Eigenschaften der gedruckten Solarzellen, TUC

Die Vorteile von Papiermodulen

Hübler geht aber davon aus, dass Papiersolarzellen zukünftig aufgrund der effizienten Produktion und der niedrigen Materialkosten insgesamt einen deutlichen Vorteil gegenüber dem heutigen Stand der Technik erzielen können. Ziel der weiteren Forschungsarbeiten ist es, den Wirkungsgrad auf über fünf Prozent zu erhöhen, 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.

Die mobile Solarzelle kann nach dem Gebrauch, im Altpapier entsorgt werden

Doch ist die Vision, mit Papiersolarzellen einen wirtschaftlichen Beitrag zur allgemeinen Energieversorgung leisten zu können, nur eine Nutzungsmöglichkeit. Die Forscher der TU Chemnitz haben schon gezeigt, dass auch kleine elektrische Geräte mit diesen Papiersolarzellen gut zu betreiben sind. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, mobile Dinge einfach und autark mit dem Strom aus Papier zu versorgen. 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 zusammen geknöpft, 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. 

Es stellt sich die Frage, ob Energie und Strom ab 2050 mit Erneuerbarer Energie gedeckt werden kann.

 

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MonikaHermeling, am 31.05.2012
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Bildquelle:
Zucker Batterie2, Hochschule Darmstadt/D (Eine Batterie -die aus Zucker Energie gewinnt)
Kuscheltier (Strom sparen im Haushalt)

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