Biegsame Solarmodule sind genauso gut wie normale

Bestehende Solarzellen werden normalerweise nur auf flachen, statischen Oberflächen verwendet, um Risse zu vermeiden. Jetzt gibt es jedoch eine flexible Alternative mit derselben Effizienz bei der Energieerzeugung

Von Alex Wilkins

24. Mai 2023

Diese Solarzellen können sich biegen, ohne zu brechen

Wenzhu Liu

Leichte und biegsame Solarzellen, die genauso effizient sind wie herkömmliche, könnten die Nutzung von Solarenergie massiv ausweiten.

Die meisten heute verwendeten Solarzellen basieren dank ihrer hohen Effizienz und einfachen Herstellung auf Kristallsilizium. Sie können jedoch nur auf flachen, statischen Oberflächen platziert werden, da sie unter Belastung reißen. Bestehende biegsame Solarzellen aus anderen Materialien bieten eine Alternative, allerdings auf Kosten einer deutlich geringeren Energieeffizienz.

Jetzt haben Wenzhu Liu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shanghai und seine Kollegen eine dünne, leichte Zelle auf Siliziumbasis entwickelt, die so flexibel ist, dass sie sich um sich selbst wickeln kann, ohne an Effizienz zu verlieren.

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Das Team schuf die Zelle, indem es zunächst einen Photovoltaik-Siliziumwafer um mehr als 60 Prozent verdünnte, was ihn so biegsam wie Papier, aber auch reflektierend und damit weniger effizient machte. Eine chemische Behandlung der Oberfläche, um mikroskopisch kleine, pyramidenförmige Unebenheiten zu erzeugen, stellt diese Effizienz wieder her, macht sie jedoch beim Biegen spröde – bis Liu eine Idee hatte, das Problem zu beheben.

„Als ich eines Tages eine Lebensmitteltüte aus Plastik zerriss, inspirierte mich die kleine Kerbe am Rand der Tüte zu der Frage, ob die Tendenz von Siliziumzellen, bei mechanischer Belastung zu zersplittern, durch scharfe Kerben an den Kanten der Wafer verursacht wird“, sagt er.

Nachdem Liu und sein Team das Aufbrechen der behandelten Zellen in Zeitlupe gefilmt hatten, stellten sie fest, dass die Risse am Rand einer Zelle in Kanälen zwischen den Pyramiden beginnen würden. Als sie diese Kanäle weicher machten und versuchten, eine Zelle zu biegen, stellten sie fest, dass sich viele kleine, oberflächliche Risse ansammelten, die Zelle jedoch nicht brach und ihre Effizienz behielt.

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Die Zellen sind leicht genug, um sie auf einer Drohne zu verwenden

Wenzhu Liu et al. (2023)

Die biegsamen Zellen lassen sich leicht mit bestehenden Silizium-Wafer-Techniken herstellen und könnten, da sie 95 Prozent leichter als starre Zellen sind, an Wänden verwendet werden, ohne die Gebäudeintegrität zu beeinträchtigen. Liu und sein Team testeten die Zellen in extremen Umgebungen – etwa am Südpol, auf einer Drohne in 20 Kilometern Höhe und auf einem Ballon bei starkem Wind – und stellten fest, dass sie genauso gut und manchmal sogar besser funktionierten als starre Solarzellen.

Kyle Frohna von der Universität Cambridge sagt, die Arbeit sei sehr beeindruckend. „Es eröffnet Silizium eine ganz andere Klasse von Anwendungen, an einige davon haben wir schon gedacht, an andere wahrscheinlich noch nicht einmal.“

Zeitschriftenreferenz:

Natur-DOI: 10.1038/s41586-023-05921-z

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