Energieversorgung mobiler Geräte

Realisierung von Quantum Dot Solarzellen auf technischen Textilien

© Fraunhofer ENAS
Schematische Darstellung des Schichtstapels einer hybriden Solarzelle auf einem technischen Textil.

Die Energiegewinnung durch Solarzellen auf Basis von Silicium gilt heute als etablierte Technologie. Aufgrund der hohen Herstellungskosten von Silicium-basierten Solarzellen wird aber bis heute nach alternativen Systemen gesucht. Ein neueres System nutzt Nanomaterialien, d.h. Quantum Dots in der Absorberschicht, welche aufgrund ihrer größenabhängigen Absorptionseigenschaften gezielt an das Sonnenspektrum angepasst werden können. Diese Solarzellen wurden am Fraunhofer ENAS im Rahmen des Projektes »Photo Tex« aufgebaut mit dem Ziel, diese auf technische Textilien zu transferieren um die Funktion der Energiegewinnung direkt zu integrieren. Hierzu wurde ein hybrides Schichtsystem ausgewählt, welches bei Temperaturen von max. 150 °C prozessiert werden kann und keinen Flüssigelektrolyten beinhaltet. Vorversuche wurden auf flexiblen ITO-beschichteten PET-Folien mit folgender Schichtreihenfolge realisiert, wobei Effizienzen von bis zu 0,8 Prozent erreicht werden konnten: PET-ITO/PEDOT:PSS/Quantum Dots-P3HT/Zinkoxid/Aluminium.
Für den Aufbau des Schichtstapels auf dem technischen Textil war es nötig, mehrere Anpassungen vorzunehmen. Die Oberflächenrauhigkeit musste mit Parylen weiter reduziert werden, um Kurzschlüsse im Nanometer-dicken Schichtstapel zu minimieren und das Quellverhalten der Silikonschicht deutlich zu reduzieren. Aufgrund des intransparenten Textils wurde die Schichtabfolge umgekehrt, so dass die transparente Elektrode als letzte Schicht aufgetragen wurde. Als Folge ergibt sich der nebenstehende Aufbau, mit welchem die Funktionsweise auf Textil gezeigt werden konnte.

© Fraunhofer ENAS
Vergleich der Solarzellenkennlinien auf PET-ITO-Folie (links) und Textil (rechts).