Photovoltaic and Thermoelectric Functional Coatings for Smart Textiles: Energy – Safety – Cooling

in: Temporal Proceedings (2018)
Plentz, Jonathan; Brückner, Uwe; Müller, Dirk; Schmidl, Gabriele; Gawlik, Annett; Wagner, Volker; Richter, Klaus; Andrä, Gudrun; Jia, Guobin
Um Smart Textiles zu ermöglichen, werden zunehmend autarke Energiequellen benötigt. Die Umwandlung von Licht oder Wärme in elektrische Energie scheint dafür besonders geeignet und umweltfreundlich zu sein. Eine Herausforderung ist photovoltaische und thermoelektrische Elemente für eine direkte Textilintegration flexibel zu gestalten, was kommerziell erhältliche Systeme derzeit nicht oder nur unzureichend leisten. In dem Beitrag werden photovoltaische und thermoelektrische Funktionsschichten vorgestellt, die direkt auf Textilien aufgebracht werden können und für die Energiegewinnung geeignet sind. Durch geringe Modifikationen sind diese Schichtsysteme auch für Sicherheitsanwendungen nutzbar oder ermöglichen eine gezielte Kühlung. In dem Beitrag werden Dünnschicht-Solarzellen, die auf dem ungiftigen Material Silizium basieren, auf Geweben oder Einzelfasern präsentiert [1]. Am Leibniz-IPHT konnten die dafür notwendigen Schichtsysteme von starren Glassubstraten auf textile Gewebe übertragen werden, wodurch Wirkungsgrade von 5% ermöglicht werden [2]. Ein patentiertes Verschaltungskonzept erlaubt eine großflächige Produktion mit nachträglichen anwendungsspezifischen Zuschnitt der Solargewebe und frei wählbaren Strom-Spannungsverhältnissen. So lassen sich geeignete Ladespannungen für textilintegrierte Batterien oder externe Verbraucher einstellen [3]. Die verwendeten Schichtsysteme lassen sich auch als großflächige optische Sensoren nutzen. Diese photonischen Textilien können lichtsensible reagieren und Schädigung des lichtundurchlässigen Deckgewebes registrieren. Somit eignen diese sich hervorragend für Sicherheitsanwendungen. Signal- und Abschaltzeiten von unter 50 ms wurden realisiert [2]. Mit thermoelektrischen Funktionsschichten auf Abstandsgewirken kann Wärme in elektrische Energie umgewandelt werden, um Energy-Harvesting-Systeme für Kleinstverbraucher zu realisieren. Wird dieses Funktionsprinzip durch anlegen einer externen Niederspannungsquelle umgekehrt, dann lässt sich ein textiles Kühlelement realisieren. Temperaturunterschiede von über 20 °C wurden im Temperaturbereich um etwa 100 °C erreicht.

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