Geht es nach den Forschern vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden, soll es bald möglich sein, bisher ungenutzte und vor allem untaugliche Flächen zur Energiegewinnung zu nutzen. LKW-Planen etwa könnten die Anhänger autark mit dem Strom versorgen, den der Fahrer während der Fahrt und auf Rastplätzen verbraucht oder der auf Logistikplätzen für die LKW-Ortung notwendig ist. Ebenso könnten Gebäudefronten nicht mehr verputzt werden, sondern mit stromerzeugenden Abspanntextilien verkleidet werden und so Strom erzeugen. Bei Glasfassaden könnten Abschattungstextilien wie Rollos Hunderte von Quadratmetern in Stromerzeugungsflächen umwandeln.

Glasfasergewebe als Solarzellenbasis

Dr. Jonas Sundqvist, Gruppenleiter Dünnschichttechnologien, zeigt Protoypen textiler Solarzellen.

Dr. Jonas Sundqvist, Gruppenleiter Dünnschichttechnologien, zeigt Protoypen textiler Solarzellen. Fraunhofer IKTS

Möglich machen es textile, biegsame Solarzellen, die das Fraunhofer-IKTS gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, dem Sächsischen Textilforschungsinstitut und den Firmen Erfal, Pongs Technical Textiles, Paul Rauschert und Gilles Planen. „Über verschiedene Beschichtungsverfahren können wir Solarzellen direkt auf technischen Textilien herstellen“, erläutert Dr. Lars Rebenklau, Gruppenleiter für Systemintegration und AVT am Fraunhofer IKTS. Nicht wie bei herkömmlichen Solarmodulen üblich, verwenden die Forscher kein Glas oder Silizium, sondern Textilien als Substrat. „Das jedoch ist alles andere als leicht – schließlich sind die Anlagen in den textilverarbeitenden Unternehmen mit fünf bis sechs Metern Stoffbreite und Stofflängen von tausend Metern riesig groß“, erklärt Dr. Jonas Sungqvist, Gruppenleiter für Dünnschichttechnologien am Fraunhofer IKTS. „Dazu kommt: Die Textilien müssen während der Beschichtung Temperaturen von etwa 200 °C überstehen.“ Auch andere Anforderungen wie Brandschutz-Vorschriften, große Stabilität und ein günstiger Preis sind für die Herstellung von Solarzellen elementar. Die Wahl des Konsortiums fiel deswegen auf ein Glasfasergewebe, das all diese Anforderungen erfüllt.

Auch das Aufbringen der verschiedenen Schichten stellte sich für das Projektteam als Herausforderungen heraus, denn verglichen mit diesen nur einen bis zehn Mikrometer dünnen Schichten gleicht die Oberfläche eines Textils einem riesigen Gebirge. Die Forscher greifen daher zu einem Trick: Sie bringen zunächst eine Einebnungsschicht auf das Textil auf. Dazu nutzen sie den Transferdruck – ein Standardverfahren, das die Textilbranche vor allem beim Gummieren nutzt. Auch alle weiteren Produktionsprozesse haben die Forschenden von Anfang an so gestaltet, dass sie sich problemlos in die Fertigungslinien der Textilindustrien einfügen lassen: So bringen sie die Elektroden aus elektrisch leitfähigem Polymer ebenso wie die photovoltaisch wirksame Schicht über das gängige Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf. Um die Solarzelle möglichst robust werden zu lassen, laminieren die Forscherinnen und Forscher zusätzlich eine Schutzschicht auf.

Marktreife Solartextilien in etwa fünf Jahren

CVD-Beschichtungsanlage (kurz für chemical vapour deposition) für die Funktionalisierung textiler Gewebe.

CVD-Beschichtungsanlage (kurz für chemical vapour deposition) für die Funktionalisierung textiler Gewebe. Fraunhofer IKTS

Einen ersten Prototyp mit einer Effizienz von 0,1 bis 0,3 Prozent konnte das Forscherteam bereits herstellen. In einem Nachfolgeprojekt arbeitet das Team des IKTS nun daran, die Effizienz auf über fünf Prozent zu steigern. Ab diesem Wertrechnet sich die textile Solarzelle. Zwar erreichen Siliziumzellen mit zehn bis 20 Prozent deutlich höhere Effizienzwerte, allerdings soll die neuartige Zelle ja nicht mit den herkömmlichen konkurrieren, sondern sie sinnvoll ergänzen. Auch die Lebensdauer der textilen Solarzelle wollen die Forscherinnen und Forscher in den kommenden Monaten untersuchen und optimieren. Wenn alles funktioniert wie erhofft, könnte die textile Solarzelle in etwa fünf Jahren auf den Markt kommen.