Ein Stromlieferant, der viel dünner als Papier ist

4. Mai 2010, 18:15
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Der technische Chemiker Gregor Trimmel arbeitet in Graz an neuartigen Solarzellen, die in der Herstellung besonders günstig sein sollen - wenn sie einmal ausgereift sind

Standard: Warum sollten sich Nanokomposit-Solarzellen gegenüber konventionellen Silizium-Solarzellen durchsetzen?

Trimmel: Silizium-Solarzellen sind zurzeit sehr teuer. Da die aktive Schicht der Nanokomposit-Solarzelle nicht aus Silizium besteht, sondern aus anorganischen Halbleiterpartikeln und einem organischen Halbleiter-Polymer, sind solche Solarzellen sehr gut für die Massenfertigung geeignet und dadurch beträchtlich billiger in der Produktion. Man kann in einer Stunde tausende Quadratmeter davon herstellen. Zudem ist die aktive Schicht mit rund 200 Nanometern rund 500-mal dünner als ein Blatt Papier. Dadurch hat man sehr flexible Solarzellen. Man könnte sie etwa zur Beschichtung von Zelten, Planen oder Wohnmobildächern einsetzen und sogar als mobile Stromquelle für Handy, Laptop oder sonstige elektrische Geräte nutzen. Solche Solarzellenfolien lassen sich ja ganz klein zusammenrollen.

Standard: Die mobile Ladestation in Form von in Taschen integrierten Solarzellen gibt es ja bereits - worin unterscheidet sich diese Entwicklung von den Nanokomposit-Solarzellen?

Trimmel: Es gibt tatsächlich große "Konkurrenz" für uns: die Fulleren-Solarzellen, womit die Umwandlung von Licht in Strom besonders gut funktioniert. Das sind Solarzellen, die aus Polymeren, also chemische Verbindungen aus Kettenmolekülen, und Fullerenen, sphärischen Molekülen aus Kohlenstoffatomen, als Elektronenempfänger hergestellt werden. Auch rein anorganische Solarzellen werden immer besser und billiger, allerdings kann man sie nicht so leicht mit den kostengünstigen Verfahren produzieren.

Standard: Die Nanokomposit-Solarzellen sind freilich mehr eine Zukunftsvision als eine Alternative in der Gegenwart. Wo liegen aktuell die Nachteile dieser noch nicht etablierten Technologie?

Trimmel: Die Silizium-Solarzellen haben mit bis zu vierzig Jahren eine beträchtlich längere Lebensdauer. Mit einem gewissen Forschungsaufwand können aber auch Nanokomposit-Solarzellen ungefähr zehn Jahre alt werden. Zu verbessern ist auch ihr Wirkungsgrad, der zurzeit erst bei drei Prozent liegt, während konventionelle Solarzellen heute schon einen Wirkungsgrad von über 20 Prozent haben. Wir gehen aber davon aus, den Wirkungsgrad der Nanokomposit-Solarzellen in absehbarer Zeit auf zehn Prozent steigern zu können.

Standard: Um auf die gleiche Stromausbeute zu kommen, braucht man beim Einsatz von Nanokomposit-Solarzellen aber viel mehr Platz.

Trimmel: Wenn man aber große Flächen für die Solarzellen zur Verfügung hat, stellt sich die Preisfrage ganz besonders - und da sind die Nanokomposit-Solarzellen eigentlich unschlagbar. Letztlich geht es dem Kunden ja darum, wie viel er für eine Kilowattstunde Strom bezahlen muss.

Standard: Ist die Steigerung der Stromausbeute auch eine der größten Herausforderungen in Ihrer Forschungsarbeit?

Trimmel: Wir setzten zum Beispiel bei der gezielten Steuerung der Struktur an. Dabei geht es darum, die aktiven Zellschichten sehr kontrolliert herzustellen, damit man immer die gleiche Schichtdicke bekommt und so eine gleichbleibende Stromausbeute erzielt. Wegen der Großflächigkeit und der extremen Dünnheit der Schicht ist das eine recht komplexe Aufgabe. Die zweite große Herausforderung besteht darin, die optimalen Materialien für Nanokomposit-Solarzellen herauszufiltern. Mittlerweile haben wir uns auf drei anorganische Materialien festgelegt und untersuchen laufend verschiedene Polymerkomponenten auf ihre Tauglichkeit. An die 30 Polymere haben wir bereits ausprobiert. Da die anorganischen Nanopartikel und die organischen Polymere nicht nur das Sonnenlicht stark absorbieren, stabil und leitfähig sein sollen, sondern auch von ihren Energieniveaus her zusammenpassen müssen, ist die Suche nach den passenden Materialien durchaus aufwändig. (Doris Griesser/DER STANDARD, Printausgabe, 5. 5. 2010) 


Wissen: Groß im Kleinen

Nanotechnologie und Fotovoltaik: Ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. Das ist jedenfalls viel dünner als ein menschliches Haar, gebräuchlich ist die Angabe "70.000-mal dünner" . In dieser Größenordnung lassen sich Materialien sehr gut bearbeiten, weshalb die Nanotechnologie schon einige Zeit als die Zukunftsperspektive in der Industrie betrachtet wird. Für die Fotovoltaik soll sich dadurch eine kostengünstigere Herstellung ergeben. Die so hergestellten organischen Solarzellen ermöglichen außerdem einen mobilen Einsatz. In Österreich wird zum Thema Fotovoltaik unter anderem an der Universität Linz, an der TU Wien und am Austrian Institute of Technology (AIT) geforscht. Das Potenzial für Fotovoltaik wird aber aufgrund der hohen Einstrahlungsdichte in Kalifornien, Indien oder Australien deutlich höher eingeschätzt.

Doppler-Labors: Sie entstehen an Unis, um den Wissenstransfer von der Grundlagenforschung zur Industrie zu beschleunigen. Finanziert werden sie zu 50 Prozent von Wirtschaftsministerium und der Nationalstiftung und zu 50 Prozent von beteiligten Firmenpartnern. Im vorliegenden Fall: Isovolta, Hersteller von Schutzfolien für Solarzellen. (red)

  • Gregor Trimmel sucht nach den optimalen Materialien für die Solarzellen,
 die auch in ihren Energie-niveaus zusammenpassen.
Zur Person
Gregor Trimmel leitet seit zwei Jahren das Christian-Doppler-Labor für 
Nanokomposit-Solarzellen an der TU Graz. Der 38-Jährige hat in Wien 
Technische Chemie studiert und über Nanokomposit-Materialien 
dissertiert. Nach Forschungsaufenthalten in Paris und Padua kam er als 
Assistent an die TU Graz (Institut für Chemische Technologie von 
Materialien), wo er sich habilitierte und seit sechs Jahren an 
Nanokomposit-Solarzellen forscht.
 
    foto: jungwirth

    Gregor Trimmel sucht nach den optimalen Materialien für die Solarzellen, die auch in ihren Energie-niveaus zusammenpassen.

    Zur Person
    Gregor Trimmel leitet seit zwei Jahren das Christian-Doppler-Labor für Nanokomposit-Solarzellen an der TU Graz. Der 38-Jährige hat in Wien Technische Chemie studiert und über Nanokomposit-Materialien dissertiert. Nach Forschungsaufenthalten in Paris und Padua kam er als Assistent an die TU Graz (Institut für Chemische Technologie von Materialien), wo er sich habilitierte und seit sechs Jahren an Nanokomposit-Solarzellen forscht.

     

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