Image: Strom aus StoffTextile Solarzellen sollen zukünftig LKW Planen zu Stromquellen machen. | logoboom
TechnikErneuerbare Energien

Strom aus Stoff

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Lisa Kräher

Lisa Kräher

freie Journalistin

Wissenschaftler entwickeln textile Solarzellen, die zum Beispiel Lkw-Planen oder Markisen zu Stromquellen machen sollen. In fünf Jahren könnte die Technologie marktreif sein.

07. Januar 2020

Wenn Lkw-Fahrer auf dem Rastplatz pausieren, läuft der Motor oft weiter. Denn die Klimaanlage in der Kabine oder die Kühlung im Auflieger, der zum Beispiel Lebensmittel transpor­tiert, müssen schließlich betrieben werden. Das verbraucht Energie. Wenn es nach Dr. Jonas Sundqvist geht, könnte diese schon in wenigen Jahren von Lkw-Planen produziert werden. Er ist Chemiker am Fraunhofer-Institut für keramische Technolo­gien und Systeme (IKTS) in Dresden und hat zusammen mit seinen Kollegen textile Solarzellen entwickelt.

„Die Herausfor­de­rung ist, dass das Textil während der Beschich­tung hohen Temperaturen und hohem Druck standhalten und dennoch flexibel sein muss“, erklärt Jonas Sundqvist. Im Projekt PhotoTex haben die IKTS-Forscher mit dem sächsischen Textilfor­schungs­in­stitut in Chemnitz ein Material aus Glasfasern entwickelt, das stabil und, da die Glasfasern sehr dünn sind, dennoch beweglich ist. Die Glasfasern sind gewebt wie Fäden eines herkömmli­chen Stoffs.

Ebnende Silikonschicht

Wie eine Solarzelle auf dem Dach besteht auch die dünne, textile Version aus mehreren Schichten. Um die Unebenheiten des gewebten, silizium­ba­sierten Glasfaser­ma­te­rials auszuglei­chen, kommt darauf eine Einebnungs­schicht aus Silikon. Dadurch ist die Oberfläche glatt genug und kann oben und unten mit Elektroden aus leitfähigem Polymer versehen werden. Diese werden anschlie­ßend miteinander verdrahtet. Eine weitere Schicht schützt die Elektroden vor äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel der Witterung.

Mit ihrer Idee sind die Dresdner Forscher nicht die einzigen. Wissenschaftler am RIKEN-Forschungs­in­stitut in Japan haben eine organische Solarzelle entwickelt, die dehnbar und waschbar ist und zum Beispiel auch für Kleidung verwendet werden könnte. So könnte das T-Shirt zur Handylade­sta­tion werden. Auch am Institut „Materials for Electronics and Energy Technology“ der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg beschäftigt man sich mit der Entwicklung von dünnen, organischen und gedruckten Solarzellen.

Forschungs­gelder wurden eingestellt

Das deutsche Textilfor­schungs­zen­trum Nord-West in Krefeld hat sich schon Mitte der 2000er mit der Entwicklung von textilen Solarzellen befasst und war ein Impulsgeber für andere, die auf diesem Gebiet forschen. Die dort ansässige Arbeitsgruppe „Umwelttech­no­logie und Katalyse“ testete verschie­dene textile Substrate als Träger für die Foto-aktiven Schichten. Eine Mischung aus Titanoxid und Farbstoff zeigte sich als Trägersub­strat dabei als vielverspre­chend. Leiter Dr. Klaus Opwis bedauert, dass 2011 die Forschungs­gelder ausgelaufen sind und es keine Folgefinan­zie­rung gab. Das Problem, so der Chemiker, sei vor allem, dass die Förderung für Fotovoltaik in Deutschland rückläufig sei. Der Markt hat sich nach Asien verlagert.

Dennoch sieht er viel Potenzial in der Technologie und hofft, dass andere Kollegen weiterkommen. Den Einsatz von textilen Solarzellen im Bereich Bekleidung hält er für „Schnickschnack“. Seine Perspektive bezieht sich vor allem auf textile Architektur: „Stoffflä­chen an Häusern, die tagsüber Strom erzeugen und diese nachts zum Leuchten bringen“, stellt Opwis sich vor. Ein weiterer Vorteil, so der Chemiker, sei das geringe Gewicht der textilen Solarzellen. Mit geringem Transport­auf­wand könnte man den stromerzeu­genden Stoff in die Wüste transpor­tieren, dort einfach wie einen Teppich ausrollen und Strom gewinnen.

Technolo­gie­wechsel in Dresden

Auch Jonas Sundqvist und seine Dresdner Kollegen hoffen derzeit auf eine Folgefinan­zie­rung ihres Projekts „PhotoTex“. Denn noch gibt es einige Fragen zu klären. Zum Beispiel ist nicht klar, wie sich das Material bei Wind und Wetter verhält. Die Testzellen im Labor sind aktuell zehn Mal zehn Zentimeter groß. Bis der strompro­du­zie­rende Stoff als Meterware auf Rollen verkauft werden kann, dauert es noch mindestens fünf Jahre, schätzt Sundqvist.

Zudem planen die IKTS-Forscher einen Technolo­gie­wechsel. Statt silizium­ba­sierter Glasfasern soll die Struktur künftig aus Perowskit-Kristallen sein. Dadurch sollen Kosten gesenkt und der Wirkungs­grad der Solarzellen erhöht werden. Dieser beschreibt, wie viel Prozent der zur Verfügung stehenden Sonnenen­ergie in Strom umgewandelt wird. Sundqvists Ziel: mehr als 15 Prozent. Zum Vergleich: Solarzellen auf Dächern haben einen Wirkungs­grad von 20 bis 28 Prozent.

So viel sei bei der textilen Version gar nicht nötig, sagt Jonas Sundqvist. Die Technologie müsse schließlich kein ganzes Haus versorgen. Es gehe vor allem um kleine, autarke Energiequellen, wie zum Beispiel eine Markise, die mit dem selbst Strom und einem kleinen Energiespei­cher den Motor antreibt und sich so von selbst ein- und ausfährt. Unklar ist auch noch, wie hoch der Preis für die stromerzeu­gende Lkw-Plane oder Markise sein wird. Mehr als das doppelte des normalen Materials darf es aus Sundqvists Sicht allerdings nicht kosten. Schließlich ändern Unternehmen bei ihren Lkw gerne mal Farben und Logos. Das muss bezahlbar bleiben.