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27.10.2020 - 10:30 | pressetext.redaktion
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pte20200608013 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Graphen macht Solarzellen extrem leicht

Massachusetts Institute of Technology realisiert Stromversorgung für tragbare Elektronik


So werden die ultraleichten Solarzellen hergestellt (Grafik: mit.edu)
So werden die ultraleichten Solarzellen hergestellt (Grafik: mit.edu)

Cambridge (pte013/08.06.2020/11:30) - Tragbare Elektronik-Solarzellen der Zukunft werden einfach gedruckt wie die Tageszeitung. Ein solches Verfahren haben Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu entwickelt. Mehr noch: Sie sind flexibel, leicht und haben Elektroden aus transparentem Graphen. Das Verfahren ist nach Ansicht der MIT-Forscher auch einsetzbar, um neuartige extrem dünne Displays herzustellen.

Graphen sorgfältig abschälen

Das neue Verfahren ist in einen größeren industriellen Maßstab übertragbar. Es nutzt ein Material aus der Polymerfamilien der Parylene, das perfekte Graphenfolien von einer Unterlage aus Kupfer abschält. Kupfer fungiert als Trägermaterial zur Ablagerung der Graphenschicht durch Chemische Gasphasenabscheidung. Dabei setzen sich Kohlenstoffatome auf der erhitzten Oberfläche des Metalls ab, und zwar in hexagonaler Anordnung, also als Graphen. Dieses von der Unterlage zu trennen, ist bisher nicht gelungen, ohne die Graphenfolie zu beschädigen. Mit Parylenen war das kein Problem.

"Jetzt sind wir in der Lage, großflächige Graphenfolien herzustellen und sie auf ein neues Substrat zu übertragen, ohne die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Materials zu beeinträchtigen", sagt MIT-Forscher Giovanni Azzellino. Kollege Mahdi Tavakoli sowie die Professoren Jing Kong, Tomas Palacios und Markus Buehler haben auf dieser technischen Basis den Prototyp einer Solarzelle hergestellt, deren eine Elektrode aus Graphen besteht. Als fotoelektrisches Material setzten die Experten eine optoelektrisch aktive Kunststofffolie ein. Die Durchlässigkeit der Zelle für Licht vermaßen sie mit 90 Prozent.

Materialbedarf sinkt dramatisch

Die Leistung des Prototyps lag pro Gewichtseinheit 36 Mal so hoch wie die einer Zelle, die auf ebenfalls transparentem ITO (Indium-Zink-Oxid) aufgebaut ist. Der Materialbedarf sank noch weitaus deutlicher auf ein Zweihundertstel. Dazu kommt, dass Graphen fast nichts kostet, während ITO sehr teuer ist. "Ultraleichte Solarzellen auf Graphenbasis könnten den Weg zu völlig neuen Anwendungen ebnen. Stellen sie sich einen Laptop vor, dessen Display mit einer solchen Zelle beschichtet ist. Sie könnte das Gerät mit Strom versorgen, sodass die Batterie kleiner ausfallen könnte", erläutert Azzellino abschließend.

(Ende)
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