Photovoltaik-Forschung: Textil-Solarzellen liefern Strom für kleine elektronische Geräte

Die flexiblen koaxialen Zellen basieren auf einem Perowskit-Material sowie Kohlenstoff-Nanoröhrchen und zeichnen sich durch eine Energieumwandlungs-Effizienz von 3,3% sowie niedrige Herstellungskosten aus, berichtet die Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung
Solarzellen aus Perowskit-Materialien sind kostengünstiger als Zellen auf Silizium-Basis sind und benötigen keine teuren Zusatzstoffe. Perowskite sind Stoffe mit einer Kristallstruktur, die der des Perowkits, eines Calciumtitanats, entspricht. Derartige Strukturen sind oft Halbleiter und absorbieren Licht vergleichsweise effizient. Vor allem aber können durch Licht angeregte Elektronen sehr weite Strecken innerhalb des Kristallgitters zurücklegen, bevor sie in ihren energetischen Grundzustand zurückfallen und wieder einen festen Platz einnehmen – eine Eigenschaft, die für Solarzellen sehr wichtig ist.
Das Team um Huisheng Peng von der Fudan University in Shanghai hat nun erstmals Perowskit-Solarzellen in Form flexibler Fasern entwickelt, die sich zu elektronischen Textilien verweben lassen. Das Herstellungsverfahren ist vergleichsweise einfach und kostengünstig, da der Schichtaufbau durch Lösungsverfahren erfolgt.

Solar-Faser lässt sich zu Textilien weben
Ein feiner Stahldraht als Anode wird zunächst mit einer kompakten n-halbleitenden Titandioxid-Schicht überzogen. Darauf wird eine Schicht aus porösem nanokristallinem Titandioxid aufgetragen. Sie liefert eine große Oberfläche für die anschließende Abscheidung des Perowskit-Materials CH3NH3PbI3. Darauf kommt eine Schicht aus einem speziellen organischen Material. Abschließend wird eine transparente Schicht aus ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen kontinuierlich aufgewickelt, die als Kathode dient. Die resultierende Faser ist so fein und flexibel, dass sie sich zu Textilien weben lässt.
Die Perowskit-Schicht absorbiert Licht, das Elektronen anregt, freisetzt und dadurch eine Ladungstrennung in Elektronen und formal als positive Ladungsträger betrachtete „Löcher“ auslöst. Die Elektronen gelangen in das Leitungsband der kompakten Titandioxidschicht und weiter zur Anode.
Die „Löcher“ werden von der organischen Schicht aufgefangen. Die hohe Oberfläche und die hohe elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstoffnanoröhrchen-Kathode begünstigen eine rasche Ableitung der Ladungen mit hohen photoelektrischen Strömen. Die Faser-Solarzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 3,3% und übertrifft damit alle bisherigen koaxialen faserförmigen farbstoffsensibilisierten oder Polymer- Solarzellen.
Weitere Informationen: Zeitschrift Angewandte Chemie http://dx.doi.org/10.1002/ange.201404973
 
04.08.2014 | Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH