Aufgesprühte Solarzellen

Organische Solarzellen sind leicht, flexibel und lassen sich günstig fertigen. PETRA IV könnte helfen, solche Bauteile zu entwickeln.

Gewöhnliche Solarmodule bestehen aus Silizium. Doch es gibt auch andere Varianten – Solarzellen aus Kunststoff, also organische Solarzellen. Sie sind leicht, flexibel und lassen sich günstig per Tintenstrahldrucker oder Sprühtechnik fertigen. Bislang aber werden sie vor allem aus Erdöl hergestellt, außerdem kommen bei der Produktion umweltschädliche Lösemittel zum Einsatz. PETRA IV könnte helfen, deutlich nachhaltigere organische Solarzellen zu entwickeln.

Darstellung von Nanozellulose-Fasern, die eine eng verwobene Struktur bilden, ähnlich wie dichtes Wurzelwerk. — Statt Plastik: Erkenntnisse aus der Röntgenlichtforschung helfen, biologisch abbaubare Ersatzstoffe zu entwickeln. Das Bild zeigt schematisch einen Reaktor zur Herstellung künstlicher, hochfester Zellulosefasern. Bild: DESY, Eberhard Reimann

Bei der Produktion einer solchen Zelle werden verschiedene Lagen zu einer Folie geschichtet, die dann aus Sonnenlicht Strom macht. Einige dieser Schichten enthalten Polymere, gelöst in einem Lösemittel. Verdampft es, bleiben die Polymere als feste Schicht zurück. „Bislang finden dafür chlorhaltige Lösemittel Verwendung“, sagt DESY-Physiker Stephan Roth. „Doch wir arbeiten an Substanzen, die nicht so umweltschädlich sind.“

Erste Erfolge konnte das Team dabei zwar schon erzielen, doch PETRA IV dürfte die Weiterentwicklung erheblich beschleunigen. Das Trocknen der Lösemittel erfolgt so schnell, dass es sich mit den heutigen Möglichkeiten nur relativ ungenau verfolgen lässt. „Mit dem hochintensiven Röntgenstrahl von PETRA IV ließe sich dieser Prozess sehr viel detaillierter verfolgen, denn damit könnten wir hundertmal schneller messen als bislang“, erklärt Stephan Roth. „Dann würden wir den Trocknungsprozess besser verstehen.“

Vereinfachte Darstellung eines Sonnenrollos — Bild: DESY

Ein weiteres Ziel: Die Fachleute möchten das Trägermaterial, auf das die stromspendenden Polymere aufgebracht werden, durch einen nachhaltigen Werkstoff ersetzen.

Bislang finden zum Beispiel Plastikfolien Verwendung, künftig könnte es innovatives holzbasiertes Material sein, Nanozellulose genannt. Um sie herzustellen, werden mikrometerlange Fäden aus Holz extrahiert, ganze fünf Nanometer dick. Aus diesen Fäden lässt sich dann ein Art Nanopapier fertigen, ein vielversprechender Kandidat für ein nachhaltiges Trägermaterial für organische Solarzellen.

„Mit den extrem feinen Röntgenstrahlen von PETRA IV werden wir erstmals genau beobachten können, wie sich diese Nanofibrillen und Fasern bilden“, erklärt Roth. „Dadurch könnten wir Nanozellulose künftig sehr viel gezielter herstellen und in ihren Eigenschaften maßschneidern.“