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Wissenschaftler des Air Force Research Laboratory (AFRL) in den USA erforschen derzeit neue Methoden um Solarzellen kosteneffizienter herzustellen und gleichzeitig das Anwendungspotential zu erhöhen. Mit optimierten Bedingungen für den 3D-Druck könnte ihnen dies schon bald gelingen.
Solarzellen können Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln und stellen somit eine umweltfreundliche Alternative zu anderen Methoden zur Energiegewinnung dar. Jedoch macht die aufwendige Herstellung und damit verbundene Kosten diese Technologie sehr teuer.
“Wenn man Solarenergie wettbewerbsfähig machen will, müssen die Solarzellen effektiver und kosteneffizienter sein,” sagt Dr. Santanu Bag vom AFRL.
Inspiriert durch den Druckprozess von Zeitungen, wo Papierrollen mit Tinte bedruckt werden, suchten Bag und sein Team nach Alternativen zu anorganischem harten Silizium als Material zur Energieumwandlung, das im Druckprozess angewandt werden kann.
“Siliziumzellen verwenden rein anorganische Materialien, die von Natur aus sehr hart sind,” erklärt Bag. “Wir benötigten ein Material das leicht zu drucken war und gleichzeitig Sonnenlicht einfangen kann. We haben uns auf ein anorganisch-organisches Hybridmaterial festgelegt, das einfach zu drucken ist und trotzdem zur Gewinnung von Solarenergie geeignet ist.”
Bei dem Material handelt es sich um Perowskit. Persowskit-Solarzellen sind deutlich dünner als Siliziumzellen gebaut und können neben rotem und infraroten auch grünes und blaues Licht gut wandeln. Für die Studie wurde ein Perowskit-Vorprodukt mittels Ultraschallwellen atomisiert um feinste Aerosol-Tröfpchen zu gewinnen, die später über die Druckerdüsen in einem Direct-Write-Verfahren aufgetragen werden können. Gedruckt auf eine flache Oberfläche konnten Solarzellen mit einer Effektivität von 15,4% hergestellt werden. Bei dem Druck auf eine 3D-Oberfläche erzielte man einen Wirkungsgrad von 5,4% und zeigte damit zum ersten Mal, dass dies mit gedruckter Photovoltaik möglich ist.
“Wir haben die Bedingungen für den 3D-Druck dieser Zellen noch nicht optimiert, aber wir wissen, dass dies gemacht werden kann. Wenn man einmal weiß, wie sie gedruckt werden können, schafft man riesiges Potential für andere Anwendungen,” fügt Bag hinzu.
Allein bei der Air Force sieht man Möglichkeiten der Anwendung für flexible Solarzellen bei Kleidung, Robotern, Lichtquellen und flexiblen Sensoren mit Eigenenergieversorgung.
