Integrierte Photovoltaik
Energie aus dem Sakko versorgt den Palmtop

Forscher der Universität Stuttgart integrieren flexible, kostengünstig herstellbare Solarzellen in Kleidungsstücke. Diese umweltfreundliche Energiequelle soll künftig Handys, Palmtops, Digitalkameras oder MP3-Player antreiben und herkömmliche Batterien oder Akkus ersetzen.

STUTTGART. Für die Entwickler von "intelligenter Kleidung" ist die Energieversorgung das zentrale Problem. Denn um Minirechner am menschlichen Körper zum Laufen zu bringen, muss der Träger bisher eine unhandliche Energiequelle - zum Beispiel in einem Gürtel - mit sich herumschleppen. Die Batterien sind dabei nicht nur schwer, sondern auch schnell verbraucht und somit teuer.

Abhilfe könnten die Forschungsarbeiten des Instituts für Physikalische Elektronik (ipe) an der Universität Stuttgart schaffen. Denn dort werden innovative Solarzellen-Typen entwickelt, die der Photovoltaik ganz neue Anwendungen erschließen. "Diese Zellen sind nicht mehr starr, sondern flexibel", sagt Institutsleiter Jürgen Werner. Und deshalb lassen sie sich auch mühelos in Kleidung, Taschen, Rucksäcke und andere Alltagsgegenstände einarbeiten. Noch in diesem Jahr wollen die Stuttgarter Wissenschaftler eine Solarweste mit den flexiblen Solarzellen zu Versuchszwecken entwickeln. Unter dem Logo "Integrated Photovoltaics" (ipv) soll es dann schon bald eine ganze Kollektion von Sakkos, Jacken, Westen und Hüten mit eingebautem Sonnenkraftwerk geben, an das sich Mobiltelefone, Pager, MP3-Player oder andere elektrische Geräte anstöpseln lassen. "Wir wollen damit den riesigen Berg der Wegwerfbatterien verkleinern und die mobile Kommunikations- und Unterhaltungselektronik noch mobiler machen", sagt Werner.

Wirkungsgrad bis 17,8 Prozent

Insgesamt arbeiten die ipe-Forscher an drei unterschiedlichen Technologien zur Herstellung kostengünstiger und flexibler Dünnschichtsolarzellen: So tragen sie auf den Colaflaschen-Kunststoff PET extrem dünne Schichten Silizium auf, das rund fünf Prozent des einfallenden Sonnenlichts in elektrische Leistung umwandeln kann. Daneben entwickeln sie so genannte Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Zellen, die einen Wirkungsgrad von sogar 17,8 Prozent erreichen. Die dritte Variante sind flexible Zellen, die auf eine hauchdünne Folie aufgebracht werden: Hier liegt der erreichte Wirkungsgrad mittlerweile zwischen knapp 11 und 15 Prozent.

Selbst das in seiner traditionellen Scheibenform eher zerbrechliche kristalline Silizium lässt sich zu flexiblen Dünnschichtsolarzellen von der halben Dicke des menschlichen Haares verarbeiten. Mehr als 16 Prozent des einfallenden Lichtes können so in Strom umgewandelt werden. Der Clou des ipe-Verfahrens: Unterhalb der aktiven Solarzelle wird in den Silizium-Wafer eine Art "Reißverschluss" eingebaut. Diese Trennschicht erlaubt es, dünne Solarzellen von der dicken, starren Siliziumscheibe abzuheben und auf beliebige flexible Folien aus Kunststoff oder Metall zu transferieren. "Das Siliziumsubstrat kann in einem solchen Prozess immer wieder verwendet werden, wodurch sich die Materialkosten erheblich reduzieren", sagt Institutsleiter Werner.

Fasern übertragen Audio-Signale, Daten und Energie

Denn erst die kostengünstige Produktion von flexiblen Solarmodulen macht diese Energiequelle für die Hersteller von anziehbaren Computern und anderen Mobilgeräten attraktiv. "Das Wachstumspotenzial des Marktsegments Wearable Computing ist enorm, wir erwarten jährliche Zuwachsraten von rund 100 Prozent", schwärmt Edwin Vogt, Geschäftsführer der Xybernaut GmbH in Böblingen. Etwa 400 Millionen Mark würden in diesem Jahr in Deutschland mit den Computern zum Anziehen umgesetzt. Im Jahr 2003 sollen es dann schon rund drei Milliarden Mark sein. Während die technischen Geräte bisher physisch in die Kleidung integriert wurden, ersetzen nach den Vorstellungen des Philips-Konzerns in Zukunft leitfähige Stoffe Mobiltelefone, Handhelds und Audio-Geräte nahezu vollständig. In seinem Forschungsprojekt "New Nomads" entwickelt das niederländische Unternehmen bereits Fasern, die sich in Strickwaren und gewebte Materialien einbinden lassen und Audio-Signale, Daten und Energie innerhalb des Kleidungsstückes transportieren. "Jetzt gilt es nur noch, leitende Textilien herzustellen, die dennoch angenehm zu tragen sind", sagt Philips-Designchef Jack Mama.

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