27.06.2022 PETRA IV

Video: Kunststoff-Alternative aus Holz

Ein Sonnenrollo als Solarmodul – nachhaltig produziert und aus Naturstoffen hergestellt.

Aus Naturrohstoffen wie Holz entsteht ein neuartiges Material: Nanozellulose. Das Material ist robuster als jedes andere bekannte Biomaterial auf der Welt – stärker als Stahl und mit einer Zugfestigkeit wie Spinnenseide. Aus den Zellulosefäden lässt sich auch ein spezielles Nanopapier fertigen. Dieses Papier soll als Trägermaterial für organische Solarzellen dienen.

Stephan Roth
Stephan Roth. Bild: DESY, Christian Schmid
„Mit dem hochintensiven Röntgenlicht von PETRA IV ließe sich dieser Prozess sehr viel detaillierter verfolgen, denn damit könnten wir hundertmal schneller messen als bislang.“
Portrait-Foto von Stephan Roth
Stephan Roth DESY-Wissenschaftler

„Wir sprühen die Polymerlösungen einfach auf das Nanopapier mit einer Düse auf“, erläutert DESY-Wissenschaftler Stephan Roth. „Das hat gegenüber der üblichen Methode – dem Drucken – mehrere Vorteile.“ So geschieht das Sprühen außerordentlich schnell, und die Flüssigkeit lässt sich auf Objekte von beliebiger Form aufbringen, etwa einen gewellten Dachziegel.

In einer Versuchsapparatur an PETRA III klappt dieses Sprühverfahren recht zuverlässig. Die Apparatur führt automatisiert die verschiedenen Fertigungsschritte aus, gleichzeitig lässt sich per hochintensivem Röntgenstrahl im Detail beobachten, wie sich die Polymere im Zelluloseträger einlagern und ausrichten. 

Jetzt will das Team nicht nur das Trägermaterial aus Nanozellulose fertigen, sondern auch andere Schichten, die für die Funktion der Solarzelle nötig sind, insbesondere die Elektroden. Diese Elektroden müssen möglichst gut Strom leiten können – eine Eigenschaft, die Nanozellulose nicht besitzt. Die Forscherinnen und Forscher bauen daher winzige Metallpartikel, sogenannte Nanodrähte, in das Zellulosegeflecht ein – wodurch aus dem isolierenden Nanopapier eine leitfähige Elektrode wird.

„Das Prinzip funktioniert“, erzählt Roth. Schon bald soll die Technik gemeinsam mit einem Unternehmen in ein Gebäude integriert und unter Praxisbedingungen getestet werden.

Bild und Video: DESY, Gesine Born

Noch gibt es diverse Hürden:

  • Wasserbeständigkeit: Hier ließen sich vielleicht Naturstoffe verwenden (Wachse, Baumharze)
  • Haltbarkeit der Zellen
  • Stabilität der dünnen Zelluloseträger

„Wir glauben, dass sich diese Zellen günstig herstellen lassen“, sagt Stephan Roth. „Und prinzipiell sollte es möglich sein, sie nach Gebrauch recht einfach zu recyceln.“ Statt im Sondermüll könnten die Solarzellen aus Zellulose dann auf dem Komposthaufen oder im Altpapier landen.

 

Vereinfachte Darstellung eines Sonnenrollos
Bild: DESY
Portrait-Foto von Heidrun Hillen
Presse und Medien / Öffentlichkeitsarbeit

Heidrun Hillen

Als Ansprechpartnerin im PETRA IV-Projekt bin ich für Sie da.