3D-Drucker: Flexible Solarzellen selbst gemacht?

Clayton South (Australien) - Ganz ohne Siliziumkristalle wandeln organische Solarzellen Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Die dazu nötigen lichtaktiven Schichten lassen sich per Druckverfahren auf flexible Flächen bannen. Noch einfacher als bisher und unabhängig von einer aufwendigen Rolldruckanlage könnte dieser Prozess bald mit 3D-Druckern klappen. Diese Grundlage für Solarzellen, die sich in Zukunft sogar zuhause auf Taschen, Jacken oder T-shirts drucken lassen könnten, legte nun eine australisch-koreanische Forschergruppe. Ihre Versuche mit einem handelsüblichen 3D-Drucker erläutern sie im Fachblatt „Advanced Energy Materials“.

„Gedruckte Solarzellen – flexibel, bruchfest und leicht – sind eine sehr attraktive Technologie“, sagt Doojin Vak vom CSIRO Manufacturing Flagship in Clayton South, Victoria. Mit seiner Arbeitsgruppe und Kollegen vom koreanischen Gwangju Institute of Science and Technology modifizierte er daher einen handelsüblichen 3D-Drucker für eine schnelle und reproduzierbare Fertigung von Solarzellen. Dabei wählte das Team erprobte lichtaktive Substanzen wie Polyhexylthiophen (P3HT), spezielle Benzothiadiazole (PCDTBT) oder Perowskite auf Bleibasis. Die ersten Versuche zeigten, dass 3D-Drucker eine günstige Alternative zu dem weit verbreiteten Spin-Coating-Verfahren bieten, bei dem eine Flüssigkeit mit einer rotierenden Scheibe möglichst gleichmäßig auf einem Trägermaterial verteilt wird.

Um auch mit 3D-Druckern eine möglichst gleichmäßige lichtaktive Schicht deponieren zu können, wechselten Vak und Kollegen eine Punktdüse gegen eine Schlitzdüse aus. Durch diese benetzten sie eine durchsichtige und leitfähige Trägerschicht aus Indiumzinnoxid mit einer flüssigen Lösung der jeweiligen lichtaktiven, organischen Molekülen. Die Schichtdicke, die für die Effizienz der Solarzellen eine entscheidende Rolle spielt, kontrollierten sie über zwei Parameter: Zuflussmenge der Flüssigkeit und Geschwindigkeit, mit der sich die Trägerschicht unter der Düse bewegte. Abgesehen von den Randbereichen erreichten die Forscher so zuverlässig Schichtdicken zwischen 70 und einigen hundert Nanometern.

Wie effizient diese gedruckten Solarzellen arbeiten, erfahren Sie auf Energiereporter.com