Robert Klatt
Fortschritte in der Entwicklung transparenter Solarzellen könnten schon bald dafür sorgen, dass Fenster in Bürohochhäusern zur Stromproduktion genutzt werden.
Ann Arbor (U.S.A.). Wissenschaftler der University of California in Berkeley haben bereits 2018 Fenster vorgestellt, die elektrisch verdunkelt werden können und durch integrierte Solarzellen Strom erzeugen. Aufgrund der geringen Haltbarkeit konnte diese Technologie in der Praxis bisher aber nicht genutzt werden. Nun haben Forscher der University of Michigan in Ann Arbor im Fachmagazin PNAS eine andere Möglichkeit vorgestellt, um in Zukunft Fenster mit durchsichtigen Solarzellen zu kombinieren.
Das Team um Yongxi Li nutzt dazu organische Solarzellen, die im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen aus Silizium transparent sind. Bisher wurden organische Solarzellen wegen ihres geringen Wirkungsgrads aber kaum zur Stromproduktion genutzt.
Die Wissenschaftler suchten deshalb nach lichtaktiven organischen Molekülen, die in einer 100 Nanometer dünnen Schicht auf einer Glasoberfläche möglichst viel Licht im für den Menschen sichtbaren Spektralbereich durchlassen. Gleichzeitig müssen die Moleküle einen möglichst hohen Anteil des Infrarotlichts der Sonne absorbieren, um daraus Strom zu erzeugen.
Vereint werden diese Eigenschaften von einem komplexen Molekül aus einem Benzolring und vier Thiophen sowie zwei Cyclopentadien-Gruppen.
Aus diesem Molekül fertigten die Wissenschaftler einen Prototypen. Als Elektroden wurden Leiter aus Indiumzinnoxid genutzt, die ebenfalls transparent sind und in ein Fenster integriert werden können. Eine solche Solarzelle lässt 43,3 Prozent des Sonnenlichts passieren und besitzt einen Wirkungsgrad von 8,1 Prozent.
Anschließend ersetzten die Forscher die Elektroden aus Indiumzinnoxid durch eine Silberschicht. Dies erhöhte die Transparenz auf 45,8 Prozent und den Wirkungsgrad auf 10,8 Prozent. Dabei färbte sich die Solarzelle aber schwach grün, was den Blick durch die Fenster einschränkt. Es handelt sich dabei um eine neue Rekordeffizienz bei durchsichtigen Solarzellen. Solarzellen aus monokristallinen Silizium erreichen unter Optimalbedingungen einen Wirkungsgrad von über 20 Prozent.
Laut Stephen Forrest „sind Fenster ideal für organische Solarzellen, die eine hohe Effizienz mit einer hohen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich kombinieren.“ In einer industriellen Produktion könnten die Solarzellen zwischen Glasschichten bei Doppel- oder Dreifachverglasungen verbaut werden.
Weitere Experiemente müssen aber vorher belegen, dass die organischen Moleküle eine Lebensdauer von mindestens zehn Jahren erreichen. Die Wissenschaftler halten den Einsatz besonders in Bürohochhäusern für sinnvoll, weil diese schon heute häufig mit gefärbten Fenstern ausgestattet werden, die eine starke Aufheizung des Gebäudes verhindern. Die schwach grüne Farbe der organischen Solarzellen wäre also kein Hindernis.
PNAS, doi: 10.1073/pnas.2007799117
