Mini-Solarzellen betreiben Mikromaschinen

Forscher an der University of South Florida (USF) haben eines der kleinsten Solarenergiesysteme der Welt entwickelt. Insgesamt 20 Solarzellen aus organischen Polymeren, von denen jede nur einen Quadratmillimeter groß ist, wurden dabei zu einem Array zusammengeschaltet.

Gedacht ist das System dazu, einen mikroskopischen Sensor aus Kohlenstoff-Nanoröhren mit Energie zu versorgen. Damit wollten die Wissenschaftler Forschungsleiterin Xiaomei Jiang zufolge demonstrieren, dass winzige Solarzellensysteme als Energieversorgungssystem für mikroskopisch kleine Geräte geeignet sind.

Wie winzig eine einzelne Solarzelle des Systems ist, illustriert ein Vergleich. Nur ein Viertel der Größe des Kleinbuchstabens „o“ in einer typischen Zwölf-Punkt-Schrift macht eine Zelle aus. „Das Interessante an der Entwicklung ist, wie die Zellen miteinander verschaltet werden“, kommentiert Uli Würfel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Freiburger Materialforschungszentrum, die Entwicklung gegenüber pressetext.

Denn die USF-Forscher haben 20 winzige Zellen zu einem nur 2,2 Quadratzentimeter großen Array kombiniert. Damit konnte in einem Labortest bereits eine Ausgangsspannung von 7,8 Volt erreicht werden. Das genügt zwar noch nicht für den chemischen Mikrosensor, den die Wissenschaftler betreiben wollen. Allerdings glaubt Jiang, dass sie mit einem verbesserten System bis Jahresende die für das Gerät erforderlichen 15 Volt erreichen können. Langfristig halten die US-Forscher sogar Arrays mit nur 0,01 Quadratmillimetern für möglich. Das dürfte mit der USF-Fertigungsmethode schwierig werden, meint allerdings Würfel.

Während klassische Solarzellen in handelsüblichen Dachkollektoren brüchiges Silizium als Trägermaterial nutzen, setzen die Miniaturzellen ein organisches Polymer. Dieses kann gelöst und auf ein flexibles Material gedruckt werden. Derartige Polymere haben nach Ansicht der USF-Forscherin ein deutlich größeres Anwendungspotenzial als das klassische Silizium. „Sie könnten auf jede Oberfläche gesprayt werden, die Sonnenlicht ausgesetzt ist – eine Uniform, ein Auto, ein Haus“, meint Jiang. Ein Forschungsartikel über das winzige Solar-Array wurde vom American Institute of Physics in der ersten Ausgabe des neuen Fachjournals „Journal of Renewable and Sustainable Energy“ veröffentlicht.