Hauchdünne Klebe-Solarzellen. (Bild. Stanford University)
Stanford – Ingenieure an der Stanford University haben flexible Dünnschicht-Solarzellen gefertigt, die zum einfachen Aufkleben auf diverse Oberflächen geeignet sind. «Man kann sie auf Helme, Handys, konvexe Fenster, portable Elektronik, gekrümmte Dächer oder Kleidung kleben – beinahe auf alles», so die Maschinenbau-Professorin Xiaolin Zheng. Möglich macht das ein Herstellungsverfahren, bei dem die Zellen zwar auf einem steifen Wafer aufgebaut werden, davon aber mit einem speziellen Träger-Material leicht abzuziehen sind. Die Effizienz sinkt dabei im Vergleich zu bisherigen Fertigungsmethoden nicht.
Abziehen und Aufkleben
Dünnschicht-Solarzellen sind für viele Anwendungen interessant, weil sie im Gegensatz zu klassischen Silizium-Panels flexibel sind. Allerdings werden sie in der Regel auf steifen Silizum- oder Glassubstraten aufgebaut, weil eine Fertigung direkt auf ungewöhnlichen Materialien schwierig ist. «Unkonventionelle oder ‹universelle› Substrate sind für Photovoltaik schwer zu nutzen, da sie meist unregelmässige Oberflächen haben und nicht gut geeignet sind für die thermische und chemische Verarbeitung, die zur Herstellung heutiger Solarzellen nötig ist», erklärt Zheng.
Ihr Team hat nun ein Verfahren entwickelt, um Dünnschicht-Solarzellen leicht von einem steifen Wafer auf andere Oberflächen zu übertragen. Dabei wird auf einen Silizium-Siliziumdioxid-Wafer zuerst eine 300-Nanometer-Schicht Nickel aufgebracht, danach die eigentliche Dünnschicht-Solarzelle. Zuoberst kommt ein spezielles Klebeband, das sich durch Erwärmen leicht lösen lässt. In einem einfachen Wasserbad kann die Zelle dann dank Nickel-Schicht mit dem Transfer-Klebeband vom Wafer abgezogen werden, um sie mit doppelseitigem Tixo oder Klebstoff am gewünschten Ort aufzukleben. Dann wird noch das Transfer-Band kurz auf 90 Grad erhitzt, um es zu entfernen – fertig.
Vielseitiges Potenzial
Tests haben gezeigt, dass die Abzieh-Solarzellen nach dem Aufkleben voll intakt und funktionsfähig sind. Zudem können die zur Herstellung genutzten Wafer wiederverwendet werden. Weitere Vorteile sind dem Team zufolge, dass keine grossen Änderungen an gängigen Fertigungsprozessen nötig sind, die Solarzellen aber letztlich auf ein sehr breites Spektrum an Materialien aufgebracht werden können.
Zudem geht Zheng davon aus, dass der Ansatz mit Abziehen und Aufkleben nicht nur für Dünnschicht-Solarzellen, sondern auch andere flexible Elektronik wie gedruckte Schaltkreise und sogar LCDs geeignet ist. «Eine Menge neuer Produkte – von ‹intelligenter› Kleidung bis zu Luft- und Raumfahrtsystemen – könnten durch Kombination von Dünnschicht-Elektronik und -Solarzellen möglich werden», meint die Maschinenbauerin. Zudem geht sie davon aus, dass das einfache Abziehen nicht nur mit Nickel auf Silizium-Silizumdioxod, sondern auch bei vielen anderen Materiaklkombinationen funktioniert. (pte/mc/ps)