Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in Dübendorf bei Zürich entwickelten ein transparentes und flexibles Polymergewebe für Elektroden in flexiblen Dünnschichtsolarzellen. Es soll das bisher übliche aber teure mit Zinn dotierte Indium(III)-oxid (Indium-Tin-Oxide – ITO) als Leiter ersetzen. In das Polymer eingewobene Metallfäden sorgen für die elektrische Leitfähigkeit. Beim Einbetten des Gewebes in eine inerte Plastikschicht werden die Metallfäden nicht ganz abgedeckt. Sie bleiben somit leitfähig.
Die so hergestellte Elektrode ist transparent und flexibel. Gleichzeitig ist sie aber nach Angaben der Forscher stabiler als bisherige Plastiksubstrate, auf die ITO als dünne leitfähige Schicht aufgetragen ist. Auch in punkto Effizienz kann die Neue mit den herkömmlichen Elektroden mithalten. Da man das Gewebe in großen Mengen über ein roll-to-roll-Verfahren ähnlich wie beim Zeitungsdruck produzieren kann, reduzieren sich neben den Material- auch die Herstellungskosten.
Teure und seltene Metalle ersetzen
Die bisherigen Forschungsansätze, transparente Oxide wie ITO zu ersetzen, zielten hauptsächlich auf Kohlenstoffnanoröhrchen oder Graphen ab. Kohlenstoffbasierte Elektroden haben allerdings einen zu hohen Oberflächenwiderstand. Dadurch nimmt die Leitfähigkeit rapide ab. Der Versuch, ein Metallgitter zu integrieren, erhöht zwar die Leitfähigkeit. Gleichzeitig verringert es aber die mechanische Stabilität. Diese Elektroden sind für flexible Zellen nicht mehr brauchbar.
Knappe Ressourcen und der hohe Weltmarktpreis für seltene Metalle wie Indium machen ITO zu einer unwirtschaftlichen Lösung für großflächige Anwendungen wie in Solarzellen. Der Preistreiber ist dabei das Indium(III)-oxid, das 90 Prozent der Verbindung ausmacht. Zur Zeit liegt der Preis für Indium auf dem Weltmarkt bei 500 bis 600 US-Dollar pro Kilogramm – Tendenz steigend. (Sven Ullrich)
