Nanotechnik für portable Photovoltaik und Akkus

Hauchdünne, robuste und federleichte Halbleiterschichten für flexible Solarzellen und leitungsfähigere Akkus: Forscher der Technischen Universität München (TUM) und der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) haben ein neues Verfahren zur Herstellung einer vielversprechenden Beschichtung entwickelt.

In die Poren eines Basismaterials bauen die Wissenschaftler geeignete organische Polymere ein. Die elektrischen Eigenschaften der entstehenden Hybridmaterialien können so maßgeschneidert werden. Diese Bauweise spart Platz, schafft große Grenzflächen und erhöht den Wirkungsgrad.

„Unser Ausgangsmaterial kann man sich wie ein großporiges Gerüst vorstellen, ähnlich aufgebaut wie eine Bienenwabe. Die Wände bestehen aus anorganischem, halbleitendem Germanium, das elektrische Ladungen erzeugen und speichern kann. Weil die Wabenwände hauchdünn sind, müssen Ladungen keine weiten Wege zurücklegen“, erklärt Thomas Fässler, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien an der TU München.

Damit die verwendeten Germanium-Cluster die gewünschten porösen Strukturen entwickeln, wird eine neue Methode zur Nanostrukturierung angewendet. Winzige Polymerkügelchen bilden zunächst dreidimensionale Schablonen. Anschließend füllt die Germaniumcluster-Lösung die Lücken zwischen Nano-Kügelchen aus Kunststoff. Sobald sich auf der Oberfläche der Kügelchen stabile Germanium-Netzwerke gebildet haben, werden die Template durch Erhitzen herausgelöst – übrig bleibt der porenreiche Nano-Film.

Künftig könnten diese Strukturen bspw. bei stabilen, superleichten und flexiblen Solarzellen genutzt werden, die sich unterwegs mit Handy, Kamera oder Laptop aufladen. Bisher werden hier wenig langlebige organische Verbindungen verwendet. Mit der neuen Technik sollen demnächst außerdem hochporöse Silizium-Schichten hergestellt werden. Sie könnten die bisher üblichen Graphitschichten in Akkus ersetzen und deren Kapazität verbessern.

(Bild: Katia Rodewald/TUM)