Rekord für transparente Solarzellen

Fenster als Stromlieferanten: Eine neue Kombi-Solarzelle verbindet Transparenz mit Rekord-Effizienz – und könnte künftig Fensterfronten zu durchsichtigen Solarkraftwerken machen. Denn das neuentwickelte Tandem aus Perowskit- und organischer Solarzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 12,3 Prozent – ein neuer Rekord für transparente Solarmodule. Dies gelingt, indem die Solarzellen primär den ultravioletten und nahinfraroten Anteil des Sonnenlichts nutzen, das sichtbare Licht aber durchlassen.

Solarenergie gilt als eine wichtige Säule der Energiewende, wird aber durch die Konkurrenz um geeignete Flächen eingeschränkt. Eine Lösung könnten jedoch Solarmodule bieten, die in ohnehin schon existierende Strukturen integriert sind. Neben Dachsolaranlagen und der Agri-Photovoltaik sind dies vor allem Anlagen, die direkt in die Fassaden beispielsweise großer Bürogebäude oder Wohnhäuser integriert sind. Vor allem große Fensterfronten eignen sich dafür.

„Transparente Solarzellen könnten der nächste große Schritt bei den Gebäude-integrierten Energielösungen sein“, erklärt Morten Madsen von der Universität Süddänemarks. Denn sie nehmen keinen zusätzlichen Platz ein, sind ins Fensterglas integriert und erzeugen den Strom zudem direkt dort, wo er gebraucht wird.

Kompromisslösung mit Rekord-Effizienz

Das Problem jedoch: Solarzellen müssen einen Teil der Sonnenstrahlung absorbieren, um daraus Strom zu erzeugen. Das jedoch schränkt ihre Transparenz ein. Umgekehrt haben durchsichtige Solarzellen deshalb meist nur eine geringe Effizienz. Das Team um Madsen hat daher im Rahmen des EU-Projekts „CitySolar“ nach einer Lösung gesucht, die Transparenz und einen möglichst hohen Wirkungsgrad verbindet.

Mit Erfolg: Das Team hat nun eine Solarzelle entwickelt, die einen neuen Effizienz-Weltrekord für transparente Photovoltaikmodule aufstellt. Sie erreicht einen Wirkungsgrad von 12,3 Prozent, lässt aber dennoch großen Teil des sichtbaren Lichts durch. Insgesamt liegt ihre Transparenz bei rund 30 Prozent, wie Madsen und seine Kollegen berichten.

Tandem nutzt zwei verschiedene Strahlungsbereiche

Konkret besteht das neue transparente Solarmodul aus einer Kombination von zwei Solarzellentypen: Die obere Schicht bildet eine Halid-Perowskit-Solarzelle, die primär Licht im UV-Bereich absorbiert und zur Stromerzeugung nutzt. Darunter liegt eine organische Polymer-Solarzelle, die Strahlung im nahinfraroten Bereich aufnimmt. Beide Solarzelltypen werden getrennt und mit gängigen Industriemethoden produziert und erst im Nachhinein über spezielle Verbindungen miteinander verkoppelt.

Der Vorteil: Zum einen nutzt die transparente Tandem-Solarzelle damit primär die Sonnenstrahlung des nicht sichtbaren Bereichs. Dadurch bleibt sie für sichtbares Licht durchsichtig. Zum anderen sind sowohl Perowskit-Solarzellen als auch die organischen Dünnschichtzellen kostengünstig und gut herstellbar. „Daher handelt es sich hierbei um eine sehr erschwingliche Technologie“, betont Madsen.

Nächster Schritt: Skalierung und Marktreife

Nach Ansicht der Forschenden könnten solche transparenten Kombi-Solarzellen dazu beitragen, die Energiewende auch im Gebäudesektor voranzubringen. „Wir bewegen uns bereits in Richtung Zero-Energie-Gebäuden, aber mit dieser Technologie können wir noch weiter gehen und energieproduzierende Gebäude erschaffen“, sagt Madsen. Denn Fensterfassaden beispielsweise großer Bürogebäude könnten dann den Strom erzeugen, der im Gebäudeinneren benötigt wird – direkt vor Ort. Das würde auch die Stromnetze entlasten.

Im nächsten Schritt wollen die Forschenden nun ihre Solarzellen weiter optimieren und die Technik zur Marktreife bringen. „Noch können wir einiges optimieren, aber wir wissen, wo die Knackpunkte liegen und haben eine klare Strategie, wie wir sie überwinden können“, erklärt Madsen. Dann steht die Skalierung auf Industriemaßstab an. „Wir können die Module auf großen Maßstab skalieren, benötigen aber Geschäftspartner dafür. Hier sind wir schon mit Industriepartnern im Gespräch“, so der Forscher.

Quelle: Syddansk Universitet