Fenstersolar: Durchbruch bei Herstellung transparenter Solarzellen

Forscher der Universität Michigan haben hocheffiziente Zelle für Fenstersolar entwickelt.

Bisherige Solarzellen, hergestellt auf Siliziumbasis wie in diesem Beitrag beschrieben, sind vollkommen undurchsichtig. Damit sind sie als Sichtschutz, für Dächer oder die Freifläche geeignet. Nicht aber für Fensterscheiben. Eine halbtransparente Solarzelle könnte genau diese Anwendung als Fenstersolar ermöglichen. Jetzt vermelden Forscher aus Michigan, dass sie eine Technologie entwickelt haben, um hocheffiziente und Solarzellen in großem Maßstab herzustellen, die transparenter sind. Ein Durchbruch bei der Herstellung effizienter Solarfenster.

Dazu haben die Forscher um die Doktorandin Xinjing Huang eine organische Solarzelle entwickelt. Denn diese Zellen können transparent sein, weil eine Art Kunststoff als Lichtabsorber dient. Allerdings ist der Wirkungsgrad dieser organischen Solarzellen bislang deutlich schwächer als der von den großen Brüdern auf Siliziumbasis. Noch gibt es also technischer Hürden zu überwinden und Lebensdauern zu verlängern.

Jetzt gelang es den Wissenschaftlern nicht nur eine Lebensdauer von 30 Jahren für die eigenen Solarzellen zu erreichen, sondern auch einen Wirkungsgrad von 10 Prozent zu erzielen.

Als Herausforderung, so die Forscher, galt für die Zelle, die Fenstersolar ermöglichen könnte, vor allem die Produktion elektrischer Verbindungen im Mikrometerbereich zwischen den Zellen, die zum Solarmodul zusammengesetzt werden. Bisherige Methoden verwenden Laser – und können die organischen Lichtabsorber, also den semitransparenten Kunststoff, leicht beschädigen.

Die Forscher aus Michigan entschieden sich für einen anderen Weg. Sie entwickelten eine mehrstufige Methode, die zu einer Auflösung im Mikrometerbereich führt. Sie schichteten dünne Schichten auf, strukturierten sie zu extrem dünnen Streifen und brachten die organischen und metallischen Schichten auf. Anschließend schälte das Team die Streifen ab und schuf so sehr feine elektrische Verbindungen zwischen den Zellen.

So verband das Team acht halbtransparente Solarzellen, die jede 4 * 0,4 Zentimeter groß sind zu einem 13 Quadratzentimeter großen Modul für Fenstersolar.

Der Wirkungsgrad der Stromumwandlung lag mit 7,3 % etwa 10 % niedriger als bei den einzelnen Solarzellen im Modul. Dieser geringe Wirkungsgradverlust nimmt nicht mit der Größe des Moduls zu, so dass ähnliche Wirkungsgrade auch für Module im Metermaßstab zu erwarten sind.

Mit einer Transparenz von annähernd 50 Prozent und einer grünlichen Färbung eignen sich die Zellen für den Einsatz in gewerblichen Fenstern. Höhere Transparenzen, die wahrscheinlich für den Wohnungsmarkt bevorzugt werden, lassen sich mit der gleichen Technologie leicht realisieren.

Das flexible Solarzellenpaneel wird schließlich zwischen zwei Fensterscheiben eingeklemmt werden. Das Ziel für diese energieerzeugenden Fenstersolar-Lösung ist es, etwa 50 Prozent transparent zu sein und einen Wirkungsgrad von 10-15 Prozent zu erreichen. Die Technik lässt sich auch auf andere organische elektronische Geräte übertragen, so die Forscher. Sie wenden sie bereits auf OLEDs für weiße Beleuchtung an.