Der 3D-Druck wird in der Solarenergie von entscheidender Bedeutung sein. An nachhaltigeren Methoden und Materialien wird eifrig geforscht.

Solarzellen aus dem 3D-Drucker könnten bald zum Standard werden. In vielen Ländern werden Forschungsprojekte finanziert und neue Entwicklungen gibt es am laufenden Band. Der 3D-Druck wird in der Solarenergie von entscheidender Bedeutung sein. Zukünftige Photovoltaikanlagen werden wahrscheinlich aus organischen Materialien bestehen, die in benutzerdefinierte Formen gedruckt werden.

Traditionell werden die Halbleiter, die in Solarzellen zum Einsatz kommen, aus Silizium hergestellt. Zur Herstellung wird viel Energie benötigt, denn bei Solarzellen ist die Reinheit des Materials entscheidend. Je reiner das Silizium desto länger ist die Lebensdauer der Halbleiter. Umweltfreundlicher wäre der Ersatz von Silizium durch organische Materialien. Diese können per 3D-Drucker zu Halbleitern gemacht werden. Allerdings gibt es dabei einige Schwierigkeiten zu beseitigen.

Ein Problem ist die Effizienz der alternativen Materialien, die nicht an jene von Silizium herankommt. Auf Nanoebene ist die Oberflächenstruktur nicht so gut kontrolliert wie bei Silizium. Dieses Problem erforscht Julien Bachmann an der Friedrich-Alexander Universität in Nürnberg. Mit einem hochauflösenden 3D-Drucker will er testen, bei welcher Oberflächengestaltung der Halbleiter am leistungsfähigsten ist. Dazu wurde ein 3D-Druckverfahren in Atomlagen entwickelt. Dieses Verfahren kommt ohne Grundform aus. Stattdessen wird der Halbleiter direkt gedruckt und die Atome werden einzeln auf die Oberfläche aufgetragen. So kann mit unterschiedlichen Materialien getestet werden.

Solarzellen aus Perowskit

Die Forschung von Florian Mathies am Helmholtz-Zentrum Berlin setzt am selben Problem an. Konkret forscht er zu Solarzellen aus Perowskit. Dabei handelt es sich um ein Hybridmaterial aus Kohlenstoff-basierten Molekülen und anorganischen Verbindungen, die gemeinsam eine würfelartige Kristallstruktur ergeben. Perowskit-Solarzellen können zwar im kleinen Rahmen Wirkungsgrade wie konventionelle Silizium-Solarzellen erreichen, aber im großen industriellen Prozess geht sich das noch nicht aus. Mathies dachte, dass ein digitaler Tintenstrahldruck, die Lösung sein könnte. Die Tinte besteht dabei eben aus Perowskit. Die Kristalle in der benötigten Nano-Größe wachsen zu lassen, ist aber nicht einfach. Er entwickelte einen neuen Trocknungsprozess, durch den das Kristallwachstum kontrolliert werden kann. Damit können Solarzellen nicht nur umweltfreundlicher und günstiger gemacht werden. Auch besonders leichte und flexible Solarzellen in jeder erdenklichen Form und Größe sind damit möglich. Autodächer oder Kleidung könnten so zu kleinen Solarkraftwerke werden.


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