Könnte Sonnenlicht dazu führen, dass unsere Kleidung Strom erzeugt?

Wissen Sie, was die Sonne macht?

Sonnenlicht kann uns Licht und Wärme bringen, Pflanzen bei der Photosynthese unterstützen und Keime abtöten …

Gibt es noch etwas? Natürlich! Auch mit Sonnenschein lässt sich Strom erzeugen!

Wie können wir aus Sonnenlicht Strom erzeugen?

Dazu muss man über Solarzellen sprechen. Solange Sonnenlicht auf dieses spezielle Gerät scheint, kann es die absorbierte Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Darüber hinaus entsteht bei der Arbeit kein Lärm und keine Schadstoffe. Es handelt sich um eine sehr fortschrittliche, schadstofffreie Ökoenergietechnologie.

Wie sieht eine Solarzelle aus?

Wenn Sie genau hinschauen, können Sie auf manchen Dächern, Telefonmasten oder großen Freiflächen große, dünne Flachbildschirme erkennen, die aus vielen kleinen dunklen Quadraten bestehen. Das sind Solarzellen.

Derzeit bestehen diese Solarzellen im Wesentlichen aus kristallinem Silizium mit ultrahoher Reinheit. Pinsilizium wird aus Sand gewonnen und ist das wichtigste Material im „Gehirn“ (High-End-Chips) von Mobiltelefonen und Computern.

Neben der Nutzung auf der Erde gibt es auch viele Solarzellen im Weltraum, die Satelliten und Raumstationen kontinuierlich mit Strom versorgen. Diese Solarzellen verwenden typischerweise ein Material namens Galliumarsenid. Es ist leichter als kristallines Silizium und hat eine größere Fähigkeit, Licht in Elektrizität umzuwandeln. Unsere Raumstation Tiangong verwendet von meinem Land unabhängig entwickelte Galliumarsenid-Solarzellen, die international führend sind.

Apropos: Möchten Sie auch eine Solarzelle besitzen?

Mit diesem magischen Gerät müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass Ihrem Telefon oder Computer der Akku ausgeht, selbst wenn Sie längere Zeit im Freien sind. Wer im Außendienst besondere Aufgaben übernimmt, kann seine elektronischen Geräte zudem jederzeit aufladen.

Aber wer würde schon bereit sein, während einer schönen Reise einen schweren und leicht zerbrechlichen „großen Kerl“ auf dem Rücken zu tragen?

Ist es möglich, eine weiche und dünne Solarzelle zu erfinden, die wir mit uns tragen können?

Zum Beispiel Kleidung, die Strom erzeugen kann, Regenschirme mit Solarbatterien …

Diese Frage wurde auch einem Wissenschaftler, Professor Zou Dechun von der Peking-Universität, gestellt.

Zou Dechun ist in meinem Land ein Experte für optoelektronische Materialien und Geräte. Er weiß, dass die Herstellung eines schweren Solarmoduls, das so leicht und weich wie Kleidung ist, immer nur ein Traum war und dass die Branche dieses Problem als unlösbar ansieht. Möchten Sie die Probleme der Welt angehen?

wollen!

Um die Herausforderung zu meistern, führte er umfangreiche Literaturrecherchen durch und analysierte und fasste die Gründe für das Scheitern früherer Herausforderungen zusammen.

Eines Tages dachte er plötzlich: Warum müssen wir uns auf transparente leitfähige Platten wie Glas beschränken? Ändern Sie einfach das Material, solange die Probleme der Lichtabsorption und -leitfähigkeit gelöst werden können! Auf diese Weise entstand ein Solarzellenmodell mit einer neuen Struktur bestehend aus „Farbstoffsensibilisierung + durchscheinendem Bildschirm“.

Das ist leichter gesagt als getan. Für die von ihm angestrebte Solarzelle mit der völlig neuen Struktur gab es weder fertige Verarbeitungsanlagen noch fertige Materialien, geschweige denn eine fertige Verarbeitungstechnologie. Es gab nicht einmal leitfähige Fasern und Netze, die den technischen Anforderungen entsprachen!

Dann finde einen Weg! Man würde nie auf die Idee kommen, dass die ersten experimentellen Materialien für solche Hightech-Solarzellen tatsächlich aus der Fabrik für Bildschirmfenster stammten.

Apropos Transparenz: Gibt es in unserem täglichen Leben neben Glasfenstern nicht auch transparente Bildschirme? Daher sind Bildschirmfenster zum besten Durchbruchspunkt für die Überprüfung neuer technologischer Ideen geworden.

Allerdings genügen die Bildschirme der meisten Hersteller den Anforderungen nicht. Gerade als er nicht weiterkam, fand Zou Dechun durch Zufall im Internet einen Hersteller hochwertiger Siebe, der Metallfasern und Drahtgewebe liefern konnte, die seinen Anforderungen entsprachen.

Damals meinte man, er müsse es dringend renovieren und schickte es mit einem großen Lastwagen in die Stadt. An einem verschneiten Abend trafen sich die beiden Seiten am Straßenrand.

Anschließend begann das wissenschaftliche Forschungsteam mit der Arbeit an diesen „hart erarbeiteten“ Schätzen. Die Szene im Labor ähnelte damals wirklich einer Verarbeitungswerkstatt, sodass Studenten, die am Labor vorbeigingen, Zou Dechun oft fälschlicherweise „Meister Zou“ nannten.

Bald wurde ein Prototyp der Solarzelle aus gewöhnlichem Metallgewebe entwickelt und zu Testzwecken an professionelle Instrumente angeschlossen.

Ah, die Kontrollleuchte leuchtet!

Alle haben sich riesig gefreut! Sie hatten fast zwei Jahre an dem Projekt gearbeitet und es war zum ersten Mal erfolgreich! Dieses „Bildschirmfenster-Experiment“ beweist, dass es möglich ist, Metalldraht als Solarzellensubstrat zu verwenden!

Allerdings ist die Strömung in diesem Edelstahlgewebe zu schwach und das Material nicht weich und zäh genug. Es handelt sich noch nicht um ein Material, aus dem man Kleidung mit Solarbatterien herstellen kann.

Also führte Zou Dechun das Team dazu, weiterhin hart zu arbeiten!

Nach wiederholter Forschung schlugen sie weltweit erstmals die neue Idee vor, flexible Fasern zur Realisierung von Faser-Solarzellen mit gewickelter Doppelelektrodenstruktur zu verwenden.

Natürlich reicht es nicht aus, Ideen allein zu haben, diese müssen auch in der Praxis erprobt werden.

Vor uns liegt eine enorme technische Herausforderung: Um wirklich eine einzelne, webbare flexible Faser-Solarzelle herzustellen, ist es notwendig, eine Schicht aus Energieumwandlungsmaterial mit einer Dicke von nur einem Hundertstel der Dicke von Papier präzise und akkurat auf einen Metalldraht aufzutragen, der etwa so dick ist wie ein Haar. Dies ist eine feine Schnitzerei in der mikroskopischen Welt!

Angesichts der Herausforderungen können sie nur nach Möglichkeiten suchen, die Ausrüstung zu verbessern und den Vorbereitungsprozess in Angriff zu nehmen.

In diesem kritischen Moment wurde Zou Dechun krank. Aber das Experiment kann nicht aufhören! Er hatte gerade eine Operation hinter sich und lag mit fünf in seinen Körper eingeführten Schläuchen auf einem Krankenhausbett, aber er machte sich immer noch Sorgen um seine Arbeit …

Dank der gemeinsamen Anstrengungen aller wurde die erste Charge flexibler Solarzellenmuster mit Faserstruktur entwickelt – ein dünner Draht von nur wenigen Zentimetern Länge.

Als der Bediener nervös mehrere solcher dünnen Drähte zusammensteckte und sie an den kleinen Ventilator anschloss, begann sich der Ventilator zu drehen!

Das Team ist begeistert!

Als sie die Versuchsergebnisse veröffentlichten, erhielten sie große Aufmerksamkeit und Anerkennung von ihren Kollegen auf der ganzen Welt. Dadurch konnte unser Land eine weltweit führende Position in der Solarzellentechnologie einnehmen.

Sie setzten ihre Forschung fort und nun hat die Länge der Faser-Solarzelle einen Meter überschritten.

Rückblickend sagte Zou Dechun: „Alles ist möglich, wenn die Menschen nur den Mut haben, nachzudenken. Doch Wissenschaft ist nicht bloße Fantasie, sie erfordert praktische Arbeit. Nur durch Handeln können wir Ergebnisse erzielen.“

Flexible Faser-Solarzellen machen es möglich, dass der Traum der Menschen wahr wird: „Mithilfe von Kleidung Sonnenenergie zu sammeln und so Strom zu erzeugen.“ Allerdings wird es ein langer Prozess sein, bis viele Probleme gelöst sind und die Technologie im Leben umfassend eingesetzt werden kann.

Quelle: Chongqing Industrie-Universität-Forschungszusammenarbeit Förderungsvereinigung

Autor: Pan Fusheng, Mitglied der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften, Professor der Universität Chongqing, Vorsitzender der Chongqing Association for Science and Technology

Rezensionsexperte: Mao Yi, Chefexperte der Chongqing Science Communication Expert Group, Professor am Chongqing Electronic Engineering Vocational College

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