Linzer Forscher entwickeln flexible, extrem dünne Solarzellenfolie

3. April 2012, 18:24
  • Die hauchdünne, wenige Millimeter große Solarzellenfolie, aufgebracht auf einem elastischen und deformierten Untergrund.
    foto: nature communications/johannes kepler universität linz

    Die hauchdünne, wenige Millimeter große Solarzellenfolie, aufgebracht auf einem elastischen und deformierten Untergrund.

Bislang leichteste organische Solarzellen erreichen mit zehn Watt pro Gramm relativ zur Masse hohen Wirkungsgrad

Linz - Wissenschaftlern der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz und der Universität Tokio ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der Solarzellentechnik gelungen: Die Forscher haben extrem flexible, dünne organische Solarzellen entwickelt, die trotzdem über eine hohe Leistungsfähigkeit verfügen. Die Forscher brachten die energieerzeugenden Elemente auf der momentan dünnsten Kondensatorfolie auf und schufen so Zellen, die im Vergleich zu ihrer Masse extrem gute Werte in der Stromerzeugung aufweisen. Aufgrund ihrer Flexibilität würde sich eine Vielzahl an möglichen Anwendungsgebieten ergeben, wie die JKU mitteilte. Die vielversprechende Entwicklung wurde nun in der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

Die Linzer Forscher haben mit der Entwicklung dieser organischen Zelle "gezeigt, dass man damit Solarzellen machen kann, die nur mehr zwei Mikrometer dick sind", wie Siegfried Bauer vom Institut für Experimentalphysik erklärte. Bisher musste man aktive energieerzeugende Elemente auf dicke Trägermaterialien, sogenannte Substrate, aufbringen. Den Wissenschaftern ist es nun gelungen das Verhältnis des Energieerzeugers zum Substrat deutlich zu erhöhen.

Vier Gramm pro Quadratmeter

Das bisher dünnste Substrat war etwa so stark wie eine dickere Papierseite, so Bauer, "wir wollten einfach wissen, wie weit man damit heruntergehen kann". Deshalb habe man begonnen, mit Kondensatorfolien, die nur mehr ein Hundertstel der Dicke eines Blattes Papier haben, zu experimentieren. So sei es gelungen, die bisher dünnste und flexibelste Solarzelle zu entwickeln. Zwar können die organischen Solarzellen noch nicht mit der Leistung von Silizium-basierten Systemen mithalten. Die neuen Zellen wiegen aber nur vier Gramm pro Quadratmeter und erzielen daher sehr gute Werte im Vergleich zu ihrer Masse, nämlich zehn Watt pro Gramm. Das sei "weltweit unerreicht", so der Physiker Martin Kaltenbrunner, der das System im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelte und erprobte.

Ein entscheidender Vorteil sei auch, dass die Zellen "mechanisch dehnbar" sind, so Bauer. Das eröffne eine Reihe neuer Möglichkeiten, da man sie auch auf elastischen Materialien wie Gummiunterlagen aufbringen könne, ohne dass ihre Funktion dadurch beeinträchtigt wird.

Große Anwendungsvielfalt

Prinzipiell sei ein Einsatz überall dort denkbar, wo dehnbare Schaltkreise Vorteile bringen. In Zukunft sei es mit Hilfe der neuen Zellen vielleicht möglich, "komplette elektronische Systeme zu bauen, die Spannungserzeugung beinhalten", auch Anwendungen in Energiespeichereinheiten, wie Batterien, sowie bei der Entwicklung synthetischer Haut mit integrierten Sensoren und in der Robotik seien denkbar.

Weitere Denkansätze würden in Bereiche führen, "wo man normalerweise gar nicht dran denkt, dass man da Elektronik hineinbringen kann", wie etwa in Textilien. Für manche Anwendungen "ist unsere Fantasie momentan, wahrscheinlich sogar noch zu begrenzt. Das heißt, wir setzen das Ei in die Welt und dann kommen noch viele andere, die dann noch auf viel Spannendes kommen - und dann wird's lustig", so Bauer.

Kaltenbrunner wird im Mai als Post-Doc an die Universität Tokio wechseln, das werde auch die Kooperation mit der japanischen "Top-Forschungsgruppe" von Takao Someya in Zukunft weiter verstärken. Bauer selbst wurde im vergangenen Jahr ein mit rund 2,5 Mio. Euro dotierter "Advanced Grant" des Europäischen Forschungsrats (ERC) zuerkannt. (APA/red, derstandard.at, 3.4.2012)

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klingt viel versprechend!

gratuliere, keep up the good work.

an den vorreitern dieser technologie wurde uebrigens auch in linz geforscht - das ist aber schon ein alter hut.
und die allererste OLED (noch ein paar jaehrchen frueher - in den USA wo es wirklich geld fuer forschung gibt) leuchtete so schwach, dass sie nur in kompletter dunkelheit zu sehen war (voellig "unbrauchbar" fuer jede anwendung).
fuer die organischen halbleiter gabs 2000 den nobelpreis.

ja und?

Wie gesagt haben oleds kaum eine Bedeutung bisher, und OPV wird es ähnlich gehen außer es wird eine Anwednung gefunden wo die organische Abaubarkeit gewünscht ist. Es macht keinen Sinn als kleines Land Millionen in Dinge zu stecken wo die Volkswirtschaft davon nicht profitiert. Wichtiger wäre es statt OPV mal danach zu sehen dass die a-Si Produktion nicht vor die Hunde geht. Anwendungen wie Luftballons mit OPV sind wohl ein verspäteter Aprilscherz- Biogastanks vielleicht, ja...
Österreich benötigt mehr Foresight Activities und eine wissendere Förderungsvergabe!

Es gibt Handys und auch auch schon Fernseher mit OLED. In ein paar Jahren wird das LCD wohl komplett ablösen.

Das Problem bei den a-Si ist der Wirkungsgrad. CI(G)S liefert im Labor schon über 20%.
https://en.wikipedia.org/wiki/File... 0408U).jpg

Solar Frontier baut 900 MegaWatt von den Dingern im Jahr.

unbewiesene Behauptung

OLED benötigt wohl mehr Strom als edgelit LCD und viel mehr als e-ink. OLEDS werden nur dort eingesetzt werden wo es um ein sicheres Ablesen bei jeder Helligkeit geht!

und noch eine drauf - OLED ist für Bildschirme tot!

"On January 07, 2012 Sony announced they will abandon OLED development for the mass market and instead settle on adopting "Crystal LED" as an alternative" aus wikipedia.

Da ist die OLED Glotze:
http://derstandard.at/133232391... ai?seite=2

Der Stromverbrauch von OLED kann theoretisch geringer sein als der von LCD. Dass die ersten Geräte nicht voll optimiert sind ist aber auch klar.

e-ink ist natürlich sparsamer. Allerdings stimmt das auch nur bedingt weil das Display selbst ja nicht leuchtet. Wenn ich den Kindle mit eine 100 Watt Glühbirne beleuchte, dann ist das auch nicht wirklich sparsam.

*) aprilscherz? nope - batterien sind schwer, organische photocollectoren nicht.
*) oesterreich lebt ganz gut damit nischenprodukte herzustellen
*) foerderungsvergabe - stimmt, nur seh ich das vermutlich anders als sie.
sie wettern auf der einen seite, dass die unis geld abonniert haetten im gegensatz zur "unabhaengigen" forschung.
im selben atemzug fordern sie ausgereifte produkte, die fuer die volkswirtschaft relevant sind, um den verdacht zu aeussern, dass die kunstoffbranche (!) unbrauchbare loesungen foerdert. - widerspruechlich.
*) ein paar millionen weniger in politiker und lobbyisten investieren und die forschung ist gerettet.

ob ich mir daraus einen aluhut basteln kann?

du bist zwar ein ganz besonders arger fall, aber es reicht normales alupapier ;-)

und was genau wollen sie damit schützen?

Noch ein Grün :-)

die haarpracht vor der sonne - aluwindel hab ich ja schon;-)

Solarvorhänge.

Für die Playstaion am Abend...

Nicht ganz uninteressant wäre es, den Wirkungsgrad zu erfahren.

Die Zelle liefert 10 Watt pro Gramm. Pro m² hat das Ding 4 Gramm. Das bedeutet also, dass man pro m² 2.5 Watt bekommt.

Die Leistung (Watt Peak) wird im Normalfall unter standardisierten Bedingungen gemessen - also 1000 Watt pro m². Somit kommen wir auf einen Wirkungsgrad von 0.25%.

es sind wohl eher 40W/m² (10*4=40)

Sapperlot, da könnten Sie recht haben.

Also 4% Wirkungsgrad;

Mit diesen Solarzellen könnte man Bonbons einpacken.
Den Strom könnte man für einen kleinen Lautsprecher verwenden der immer sagt: "iss mich, iss mich,..."

das steht zu befürchten... :D

Gratulation!

Seit längerem ein Bericht über einen Österreicher, auf den man stolz sein kann, freu mich!

ich glaub....

...der ist deutscher

nope

Er ist aus dem Salzkammergut. Super Forschungsteam übrigens.

vielleicht der messknecht (erstautor)...der prof ist deutscher

hauptsach er ist katholik

auch wurscht. wichtig ist, dass in österreich mehr gute forschung passiert. das muss man wie fussball teams sehen. da ist es ja auch egal, wenn einer aus brasilien oder aus spanien kommt.

trixximizzis Posting lässt eher darauf schließen, dass ihm/ihr genau das nicht egal ist.

Kann ich mir also beim Sonnenbaden auf die Brustwarzen kleben und damit meine X-ray Brillen betreiben.

Ein wahrhaft eleganter Gedanke.

Dachschindeln damit bespannen und beim Häuserbau gleich mitverwenden.

Eine sehr unsinnige Anwendung

Warum sollte man ausgerechnet auf Hausdächern besonders leichte, flexible und ineffiziente (4% WG) Solarzellen verwenden?
Auch die Lebensdauer von organischen Solarzellen ist in der Regel nicht besonders hoch. Von einem mutmaßlichen Preis pro Watt war hier auch noch nicht die Rede. Und je kleiner die Module (Dachziegel?), desto mehr Arbeit (teure Handwerkerstunden) gibt ihre Verschaltung.

Der Vorteil ist "sehr leicht und flexibel": Die Anwendung muss dem Rechnung tragen.

dubios

keine Angaben zu
- Wirkungsgrad
- Lebensdauer (Degradation)
- Schutz (Einkapselung)

wirkungsgrad: "We obtain solar cells with 4.2% power conversion efficiency, an unprecedented specific weight value of 10 W g-1, high flexibility and can reversibly attain tensile strains of more than 300% on an elastomeric support."
lebensdauer: "...over 1 year lifetimes are already on the market" - die photoactiven substanzen sind bekannt, der traeger ist neu. sie duerfen also aehnliche ergebnisse erwarten.
Schutz: im labor uninteressant, aber mit den eigenschaften: duenn, flexibel, dehnbar gibts da unendlich viele moeglichkeiten.

das ist nicht dubios, sondern forschung - es ist hier nicht von einem fertigen produkt die rede.

Millionenförderung ohne Ausblick auf Erfolg?

Na ja wenn ich aber Millionen in die Forschung stecke muss ich auch sehen, dass die von Ihnen genannten Zahlen eigentlich sagen, dass das Ziel wahrscheinlich nie erreicht werden wird. Der Verdacht bleibt dass die Kunststoffbranche es perfekt beherrscht Aufmerksamkeit zu generieren. Ich nehme die Forscher erst ernst wenn sie eine OPV Lösung für spanische Folien-Gewächshäuser vorzeigen können die deren Lebensdauer durchhält.
Um das Geld muß mehr rausschauen als Laborversuche an unbraucbbaren Lösungen.

Sie haben offensichtlich nicht verstanden wie Forschung funktioniert! Forschung ist nicht planbar, Sie können nicht in ein bestimmtes Projekt investieren und ein bestimmtes Ergebnis erwarten, das ist kein Aktienfonds. Sie müssten keine Forschung betreiben, wenn Sie den Ausgang schon wüssten. Und falls Sie glauben, dass dort ineffizient und unproduktiv gearbeitet wird und es deshalb zu viel Geld verschlingt, man kann Forschung nicht nach den selben Kriterien wie ein Unternehmen beurteilen, außerdem wird in der Forschung sehr behutsam mit Geld umgegangen, man muss nämlich um jeden Cent kämpfen und bangen.

lol. aber dass die verwandten OLEDs marktfaehige produkte und allgegenwaertig sind ist ihnen bekannt?
der ausblick auf erfolg ist durchaus gegeben.
flexible traeger schaffen neue moeglichkeiten - und dort werden sie verwendet, auch wenn die lebensdauer und die effizient schlechter sind.
flexible materialien haben generell eine kuerzere lebensdauer - ihre autoreifen sind trotzdem aus gummi.

das argument, dass jede forschung eine sofortige anwendung benoetigt ist der groesste bremser. anwendungen fuer neue materialien werden IMMER gefunden - fuer ein material mit diesen eigenschaften werden sie nicht lange auf ihre gewaechshaeuser warten muessen.

OLED?

Ja nach OLEDS schau ich mich schon lange bei Readern um, aber eInk wird sich eher durchsetzen denke ich.
Wenn Sie sagen wollen, dass es Produkte geben wird die nach einem Jahr samt Elektronik weggeworfen werden weil die OPV dann am Ende ist, dann stellen sich bei mir die Haare auf...

daran wird sicher noch gearbeitet... ausserdem entspricht die lebensdauer hier der betriebszeit.
dass der markt versucht alte produkte immer schneller zu ersetzen ist ein anderes problem - hat aber nicht direkt was mit der Forschung zu tun.

Aber stellen sie sich diese Solarzellen mal zB auf Ultraleichtflugzeugen/Zeppelinen/Wetterballons vor - wo der wirkungsgrad/gewicht und flexibilitat/elastizitaet auf einmal sehr interessant wird.

Solar-Zeppelin

Für den Antrieb von "Schwerer als Luft"-Fluggeräten ist der Wirkungsgrad zu schlecht. Z.B. ein Motorsegler hat vielleicht 20 m² Flügelfläche. Die würden selbst bei optimaler Besonnung weniger als 1 kW bringen.

Bei Luftschiffen wäre schon wesentlich mehr möglich.
Ein herkömmlicher "Zeppelin NT" würde mit einer vollständigen Umhüllung in der Sonne etwa 50 kW ernten. Das würde für bis zu 50 km/h reichen.

Ein Hybridbetrieb, bei dem man für gemütliche Fahrt in der Sonne keinen Treibstoff verbrennen muss, das wäre zumindest machbar.

Am Boden könnte der Zeppelin den Strom ins Netz einspeisen.

Theoretisch.

D.h., in den nächsten Jahrzehnten nicht sehr wahrscheinlich. Aber eine nette Techno-Träumerei.

eben alles beginnt mit einem traum ;)

ich hab mehr an Helios und aehnliche projekte gedacht http://de.wikipedia.org/wiki/Solarflugzeug
aber selbst bei einfachen seglern, koennten diese leichten kollektoren energie fuer sensoren, anzeigen, funk bringen

Die Solarzellen von Helios hatten aber 22 Prozent Wirkungsgrad, nicht 4.

Ich denke, die hohe Flexibilität und Elastizität werden auf absehbare Zeit eher die Anwendung bestimmen als das niedrige Gewicht.

Man hätte die Elektronik von Segelflugzeugen schon längst mit Solarzellen (+Batterie) speisen können, wenn man gewollt hätte. Auch konventionelle Dünnschichttechnik kommt auf 2 Watt pro Gramm. Und ob man 100 Watt jetzt aus 50 oder 10 Gramm Solarzellen bezieht, das spielt selbst bei Segelflugzeugen keine Rolle.

Nein, ich denke, es wird eher in Richtung Kleinanwendung gehen.
Wollen wir hoffen, auch in sinnvolleres als Ballons, die endlos Geburtstagslieder singen.
:-)

Wenn Sie Forschung erst ernst nehmen, wenn ein fertiges Produkt auf dem Tisch liegt, beschäftigen Sie sich besser nicht mit Forschung, denn dann kann man die meiste Forschung nicht ernst nehmen. Das erreichen wichtiger Ziele in der Forschung dauert oft Jahrzehnte.

komisch

und wieso bekommen die universitären Kunststoffforscher Millionen, während privaten Forschern der Geldhahn abgedreht wird?
das Ungleichgewicht ist unfair. Jeder Private Einreicher muss den Markt im Auge behalten und die Unis haben ein Abo was Millionenförderungen betrifft!

das stimmt leider nicht - es geht geld in die kunststofftechnik, aber die Unis haben definitiv kein Abo. deswegen gehn ja alle ins ausland

vermutlich weil das alles erst noch entwickelt werden muss...

sensationell !!

mein alter physik prof CONGRATS :D

Vier Gramm pro Quadratmeter

ist deutlich weniger als normales Papier. Nicht schlecht!

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