Föreställ dig en lastbilspresenning som kan skörda energin från solljus! Med hjälp av nya textilbaserade solceller utvecklade av Fraunhofer-forskare, semitrailers kan snart producera den elektricitet som behövs för att driva kylsystem eller annan utrustning ombord. Kortfattat, textilbaserade solceller kan snart lägga till en helt ny dimension till solceller, som ett komplement till användningen av konventionella kiselbaserade solceller.

Solpaneler på hustak är en nog vanlig syn idag – liksom storskaliga solparker. I framtiden, vi kan mycket väl se andra ytor utnyttjas för solcellsproduktion. Lastbils presenningar, till exempel, kan användas för att producera den el som förbrukas av föraren när han är på väg eller parkerad för natten, eller för att driva elektroniska system som används för att lokalisera trailers i transportterminaler. Liknande, konventionella byggnadsfasader kan täckas med solcellstextilier i stället för betongputs. Eller persienner som används för att ge skugga i byggnader med glasfasader kan användas för att skapa hundratals kvadratmeter extra yta för att producera kraft.

Glasfibertyg som solcellssubstrat

Kärnan i sådana visioner är böjliga, textilbaserade solceller utvecklade vid Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS i samarbete med Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. och industriella partners erfal GmbH &Co. KG, PONGS Technical Textiles GmbH, Paul Rauschert GmbH &Co. KG och GILLES PLANEN GmbH. "Det finns ett antal processer som gör att solceller kan inkorporeras i beläggningar som appliceras på textilier, " förklarar Dr Lars Rebenklau, gruppchef för systemintegration och elektronisk paketering på Fraunhofer IKTS. Med andra ord, substratet för solcellerna är ett vävt tyg snarare än det glas eller kisel som konventionellt används. "Det låter kanske lätt, men maskinerna inom textilindustrin är designade för att hantera enorma tygrullar – fem eller sex meter breda och upp till 1000 meter långa, " förklarar Dr Jonas Sundqvist, gruppchef för tunnfilmsteknik på Fraunhofer IKTS. "Och under beläggningsprocessen, textilierna måste tåla temperaturer på runt 200 °C. Andra faktorer spelar också en nyckelroll:tyget måste uppfylla brandföreskrifter, ha hög draghållfasthet och vara billiga att tillverka. "Konsortiet valde därför ett glasfibertyg, som uppfyller alla dessa specifikationer, " säger Rebenklau.

En betoning på standardprocesser

Forskare stod också inför utmaningen att applicera de wafer-tunna skikten som utgör en solcell - bottenelektroden, solcellsskiktet och den översta elektroden – till tyget. Dessa lager är mellan en och tio mikron tjocka. Som jämförelse, tygets yta är som en bergskedja. Lösningen var först att applicera ett lager som jämnar ut topparna och dalarna på tygets yta. För det här syftet, forskare valde en standardprocess från textilindustrin:transfertryck, som också används för att gummera tyger. Alla andra processer har anpassats på ett sådant sätt att de enkelt kan integreras i standardproduktionsmetoder som används inom textilindustrin. Till exempel, de två elektroderna – som är gjorda av elektriskt ledande polyester – och solcellsskiktet appliceras med hjälp av den vanliga roll-to-roll-metoden. Solcellerna är också laminerade med ett extra skyddsskikt för att göra dem mer robusta.

Tygbaserade solceller redo för marknadslansering om cirka fem år

Forskargruppen har redan tagit fram en första prototyp. "Detta har visat den grundläggande funktionaliteten hos våra textilbaserade solceller, " säger Rebenklau. "Just nu, de har en effektivitet på mellan 0,1 och 0,3 procent." I ett uppföljningsprojekt, han och teamet försöker pressa detta över fem procentsgränsen, då skulle de textilbaserade solcellerna visa sig kommersiellt gångbara. Silikonbaserade solceller är betydligt effektivare, på mellan tio och 20 procent. Dock, denna nya form av solcell är inte avsedd att ersätta den konventionella typen, bara erbjuda ett alternativ för specifika tillämpningar. Under de kommande månaderna, teamet kommer att undersöka sätt att förbättra livslängden för de tygbaserade solcellerna. Om allt går enligt planerna, de första textilbaserade solcellerna kan vara klara för kommersialisering om cirka fem år. Detta skulle uppfylla det ursprungliga målet för PhotoTex-projektet:att ge ny stimulans för Tysklands textilindustri och förbättra dess konkurrenskraft.