Textile Solarzellen

Ein Stoff, der Strom produziert

| Redakteur: Katharina Juschkat

Textile Solarzellen sind flexibel und könnten beispielsweise als LKW-Plane vewendet werden. Dr. Jonas Sundqvist zeigt Protoypen.
Textile Solarzellen sind flexibel und könnten beispielsweise als LKW-Plane vewendet werden. Dr. Jonas Sundqvist zeigt Protoypen. (Bild: Fraunhofer IKTS)

Fraunhofer-Forscher ist es gelungen, textile Solarzellen herzustellen. Damit könnte Energie mit Marquisen, LKW-Planen und Gebäudefassaden gewonnen werden. In fünf Jahren sollen die Solarzellen marktreif sein.

Den Platz auf Hausdächern nutzt man längst für die Stromerzeugung, Solarpanels sind hier keine Seltenheit mehr. Was wäre, wenn man auch andere ungenutzte Fläche als Stromerzeuger nutzen könnte – etwa LKW-Planen oder ganze Hausfassaden?

Das wollen Forscher des Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS ermöglichen: Mit neuartigen textilen Solarzellen könnten LKW-Planen den Strom autark erzeugen, den der Fahrer während der Fahrt oder auf Rastplätzen verbraucht oder der auf Logistikplätzen für die LKW-Ortung benötigt wird. Möglich wäre auch, ganze Gebäudefronten zur Stromerzeugung zu nutzen, indem sie nicht wie bisher verputzt, sondern mit stromerzeugenden Abspanntextilien verkleidet werden. Bei Glasfassaden könnten Abschattungstextilien wie Rollos Hunderte von Quadratmetern in Stromerzeugungsflächen umwandeln.

Textilien statt Silizium

Möglich machen es textile, biegsame Solarzellen, die Forscher des Fraunhofer IKTS mit dem Fraunhofer ENAS, dem Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. und einigen Unternehmen entwickelt haben. „Über verschiedene Beschichtungsverfahren können wir Solarzellen direkt auf technischen Textilien herstellen“, erläutert Dr. Lars Rebenklau vom Fraunhofer IKTS. Sprich: Die Forscher verwenden kein Glas oder Silizium wie bei herkömmlichen Solarmodulen, sondern Textilien als Substrat.

Dr. Jonas Sundqvist erklärt die Schwierigkeiten des Projektes: „Das ist alles andere als leicht – schließlich sind die Anlagen in den textilverarbeitenden Unternehmen mit fünf bis sechs Metern Stoffbreite und Stofflängen von tausend Metern riesig groß. Dazu kommt: Die Textilien müssen während der Beschichtung Temperaturen von etwa 200 Grad Celsius überstehen.“ Auch andere Anforderungen wie Brandschutz-Vorschriften, große Stabilität und ein günstiger Preis sind für die Herstellung von Solarzellen elementar. Rebenklau resümiert: „Wir haben uns im Konsortium daher für ein Glasfasergewebe entschieden, das all diese Anforderungen erfüllt.“

Oberfläche von Textilien als Herausforderung

Die CVD-Beschichtungsanlage (kurz für chemical vapour deposition) für die Funktionalisierung textiler Gewebe. Die Oberfläche von Textilien war eine große Herausforderung.
Die CVD-Beschichtungsanlage (kurz für chemical vapour deposition) für die Funktionalisierung textiler Gewebe. Die Oberfläche von Textilien war eine große Herausforderung. (Bild: Fraunhofer IKTS)

Eine Herausforderung stellte auch das Aufbringen der verschiedenen Schichten einer Solarzelle auf das Gewebe dar – also die Grundelektrode, die photovoltaisch wirksame Schicht und die Deckelektrode. Denn verglichen mit diesen nur ein bis zehn Mikrometer dünnen Schichten gleicht die Oberfläche eines Textils einem riesigen Gebirge. Die Forscher greifen daher zu einem Trick: Sie bringen zunächst eine Einebnungsschicht auf das Textil auf, die Berge und Täler ausgleicht.

Dazu nutzen sie den Transferdruck – ein Standardverfahren der Textilbranche, das auch zum Gummieren verwendet wird. Auch alle weiteren Produktionsprozesse haben die Forschenden von Anfang an so gestaltet, dass sie sich problemlos in die Fertigungslinien der Textilindustrien einfügen lassen: So bringen sie die Elektroden aus elektrisch leitfähigem Polymer ebenso wie die photovoltaisch wirksame Schicht über das gängige Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf. Um die Solarzelle möglichst robust werden zu lassen, laminieren die Forscherinnen und Forscher zusätzlich eine Schutzschicht auf.

Marktreife Solartextilien in etwa fünf Jahren

Den ersten Prototyp hat das Forscherteam bereits hergestellt. „Wir konnten zeigen, dass unsere textile Solarzelle an sich funktioniert“, sagt Rebenklau. „Ihre Effizienz liegt momentan bei 0,1 bis 0,3 Prozent.“ In einem Nachfolgeprojekt arbeiten der Ingenieur und seine Kollegen nun daran, die Effizienz auf über fünf Prozent zu steigern – denn ab diesem Wert rechnet sich die textile Solarzelle.

Zwar erreichen Siliziumzellen mit zehn bis 20 Prozent deutlich höhere Effizienzwerte. Allerdings soll die neuartige Zelle ja nicht mit den herkömmlichen konkurrieren, sondern sie sinnvoll ergänzen. Auch die Lebensdauer der textilen Solarzelle wollen die Forscher in den kommenden Monaten untersuchen und optimieren. Wenn alles funktioniert wie erhofft, könnte die textile Solarzelle in etwa fünf Jahren auf den Markt kommen.

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