Solarzellen, Displays und künstliche Haut aus Plastik

Bob Schroeder, Sie schließen gerade ihre Chemie-Doktorarbeit am Imperial College in London ab. Über was forschen Sie genau?

B.S.: Ich arbeite an halbleitenden Polymeren, also Kunststoffen, mit denen wir Solarzellen und Transistoren herstellen. Diese Transistoren sollen z.B. in Flachbildschirmen oder Displays von Smartphones eingesetzt werden.

Wozu dienen die Kunststoffe, die Sie herstellen, genau?

B.S.: Bisher kommt bei Solarzellen und Transistoren oft teures kristallines Silizium zum Einsatz. Unser flexibler Kunststoff soll diesen ersetzen. Wir wollen die Produktion billiger machen und vereinfachen, indem wir unsere Kunststoffe mit Druckern auftragen.

Wie kann man sich das vorstellen?

B.S.: Wir vermischen unseren Kunststoff mit Lösungsmitteln und anderen Zusatzstoffen, um die gewünschte Konsistenz zu erhalten. Dieses Gemisch füllen wir in Druckerpatronen und tragen es dann auf Plastik- oder Glasplatten mit lichtdurchlässigen Elektroden auf. Im täglichen Laborbetrieb benutzen wir aber eine weniger aufwendige Methode, die an einen Plattenspieler erinnert. Wir lassen die Glasplatte im Kreis drehen und tropfen die Polymertinte auf die kreisende Platte.

Dabei wird doch dann ein Großteil der Tinte weggeschleudert?

B.S. Genau. Aber das ist auch gewollt. Denn zurück bleibt dann eine dünne Schicht von ungefähr 100 Nanometern – genau das was wir brauchen. Schließlich fügen wir noch eine Aluminium- oder Kalzium-Elektrode obendrauf, und fertig ist unsere Solarzelle.

Wie gut funktionnieren ihre Solarzellen bisher?

B.S.: Sie funktionnieren noch nicht so gut wie solche mit kristallinem Silizium. Aber sie sind billiger. Und wir sind ständig dabei, sie zu optimieren. Sobald ein Kunststoff fertig ist, wird dieser getestet, um festzustellen, wieviel Energie die Solarzelle produziert. Diese Tests liefern uns wichtige Hinweise, um den Kunststoff zu verbessern. Dann stellen wir einen Neuen her und führen weitere Tests durch, bis wir die gewünschte Leistung mit unserer Solarzelle erzielen.

Wieviele Forscher arbeiten bei Ihnen im Team?

B.S.: Ungefähr 20 Postdocs und Doktoranden arbeiten in unserem Labor. Pro Woche können wir so 4-5 neue Kunststoffe herstellen und jeweils in 16 Solarzellen bzw. Transistoren testen.

Und weshalb forschen Sie sowohl an Transistoren als auch an Solarzellen?

B.S.: Weil das Prinzip ähnlich ist. In beiden Fällen geht es uns darum, kristallines Silizium als Halbleiter durch Kunststoffe zu ersetzen. Erst vor kurzem wurde ein 56-Zoll HD-Flachbildschirm vorgestellt, wo das Display ausschließlich mit Kunststoffen gedruckt wurde. Für die Industrie ist unsere Arbeit also von großem Interesse. Daher wird unser Labor auch von Großkonzernen aus der Chemie und Elektronik mitfinanziert.

Und wie geht es jetzt nach Ihrer Doktorarbeit weiter?

B.S.: Bisher wurde mein Doktorat vom Fonds National de la Recherche (FNR) finanziert. Nach meinem Abschluss werde ich ein halbes Jahr weiter an diesem Projekt arbeiten, finanziert vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). Danach beginne ich dann ein Postdoc in Stanford, wo ich an selbstheilenden Kunststoffen forschen werde.

Selbstheilende Kunststoffe?

B.S.: Ja. Man muss sich diese Kunststoffe als weder ganz fest noch ganz flüssig vorstellen. Wenn ein Riss entsteht, kann der Kunststoff sich selbst heilen, indem er sich wie eine Flüssigkeit verhält und den Riss, also das entstandene Loch, auffüllt.

Wollen Sie dies dann auch auf Solarzellen und Transistoren anwenden?

B.S.: Wenn möglich ja. Zuerst braucht es aber noch viel Forschung, bis wir soweit sind. Aber es wäre interessant, wenn Displays von Handys, die öfter mal hinunter fallen, oder Solarzellen auf Dächern, die z.B. Hagel ausgesetzt sind, sich selber heilen könnten. Außerdem könnte man so z.B. auch künstliche Haut herstellen.

Für Brandopfer?

B.S.: Genau. Japanischen Forschern gelang es vor kurzem, eine künstliche Haut aus Kunststoff herzustellen. Problem nur: Geht sie kaputt, bleibt sie kaputt. Mit selbstheilendem Kunststoff könnte die künstliche Haut sich wie Natürliche regenerieren.

Autor: Jean-Paul Bertemes (FNR)