Im Bereich smarter Geräte ist aktuell eine kleine Revolution im Gange. Dank Smart-Home-Technologien, autonomen drahtlosen Sensoren, Elektronik mit niedrigem Energiebedarf sowie dem Internet of Things wird dieser Technologiebereich immer zugänglicher. Damit gehen aber auch Herausforderungen in Sachen Energieversorgung einher. Denn ein fester Stromanschluss oder ein Akku ist nicht in jedem Fall die beste Lösung. Alternative Lösungen sind also gefragt, zumal die Verbreitung drahtloser Sensoren in den nächsten Jahrzehnten massiv zunehmen wird. Eine mögliche Lösung für die Energieversorgung sind Photovoltaik-Zellen, die mit künstlichem Licht arbeiten. Derartige Zellen werden etwa vom Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden entwickelt.


Bild: Fraunhofer Institut

Energie für das Internet of Things

Indoor Photovoltaik-Energiequellen auf ultradünnen Substraten haben das Potential, auch kleine Geräte mit Energie zu versorgen – und das ganz ohne Akku. Dabei sollten die entsprechenden Technologien in der Lage sein, das künstliche Licht, das in den meisten Büros oder Wohngebäuden verwendet wird, effizient zu nutzen. Derartige künstliche Lichtquellen generieren typischerweise zwischen 100 und 500 Lux an Beleuchtungsstärke. Das ist weit entfernt von den 110.000 Lux, die das Sonnenlicht typischerweise aufweist, aber bietet dennoch eine nutzbare Lichtquelle.

Ein Internationales Team unter Mitarbeit von Forschern der Universität Tor Vergata in Rom, der Universität Surcolombiana und des Fraunhofer Instituts FEP hat flexible Perovskit-Solarzellen entwickelt, die auf ultradünne Glas-Substrate aufgetragen werden können, die dann anschließend mit Indiumzinnoxid beschichtet werden. So entstehen ultradünne Photovoltaik-Zellen, die in der Lage sind, auch Indoor-Lichtquellen zu nutzen.


Indoor-Solarzellen mit hoher Effizienz

In Tests unter LED-Lichtquellen wiesen die neuartigen Zellen bei 200 Lux Beleuchtungsstärke eine Effizienz von 20,6 Prozent auf, bei 400 Lux waren es 22,6 Prozent. Nach Angaben des Teams macht dies die Zellen zu den bisher effizientesten flexiblen Indoor-Solarzellen. Vergleichbare Technologien brachten es bisher unter vergleichbaren Bedingungen auf 10 – 15 Prozent Effizienz. Höhere Effizienzen wurden bisher nur in Verbindung mit mehr Beleuchtungsstärke erreicht.

Die Energiedichte der neuartigen Indoor-Solarzellen sind vergleichsweise gering, was aber zu erwarten ist. Bei 200 Lux erreicht die Energiedichte 16,7 Mikrowatt pro Quadratzentimeter, bei 400 Lux sind es 35 Mikrowatt. Die Zellen sind damit nicht für energiehungrige Geräte gedacht, eignen sich aber hervorragend für kleinere IoT-Geräte wie etwa Sensoren

Die Forscher betonen außerdem, dass die Herstellung der Zellen relativ leicht skalierbar ist. Somit dürfte eine Massenherstellung mit verhältnismäßig niedrigen Kosten umsetzbar sein.

via Fraunhofer Institut

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