Angeblich erstmals „völlig“ transparent

Aus den USA kommen erneut Meldungen über transparente Solarzellen, diese Mal sind sie erstmals „völlig“ transparent: Hatten bereits im Juli 2012 entsprechende Mitteilungen kursiert (s.u.) – damals nutzten Forscher an der Universität von Kalifornien in Los Angeles (UCLA) den Infrarot-Teil des Lichts zur Stromproduktion – haben jetzt ihre Kollegen an der Michigan State University (MSU) in East Lancing ein weiteres Konzept für transparente Solarzellen vorgestellt, das Transparent Luminescent Solar Concentrator Module.

Ubiquitous Energy, ein Startup des MIT, das 2013 das erste Mal Aufmerksamkeit erregte, betreibt die Markteinführung der transparenten Solarpanels. Mitgründer des Unternehmens ist Richard Lunt, zeitgleich Assistenz-Professor für chemische Verfahrenstechnik und Werkswissenschaften auf der MSU. Grundsätzlich werden die Komponenten in der transparenten Solarzelle nicht geschrumpft, um die Transparenz zu erreichen – es wird die Art und Weise geändert, mit der die Zelle das Licht absorbiert. Sie sammelt das unsichtbare Licht des Solarspektrums und lässt das sichtbare Licht, das wir sehen können, durch.

Doktorandin Yimu Zhao und Richard Lunt führen einen Test in Lunts Labor durch. Lunt und sein Team haben ein neues Material entwickelt, das auf Fensterscheiben platziert werden und Solarenergie erzeugen kann. Foto © G. L. Kohuth.

Dessen aktive PV-Schicht besteht aus organischen Salzmolekülen. Diese absorbieren den für das menschliche Auge weitgehend unsichtbaren Teil des Lichtspektrums. “Wir können diese Materialien abstimmen, um nur die ultravioletten und die infrarotnahen Wellenlängen aufzunehmen, die dann an einer anderen Wellenlänge im infraroten Bereich ‚glühen‘ ”, erklärt Richard Lunt, Professor für chemische Verfahren und Materialwissenschaften und Leiter des Projekts der Michigan State University. “Dieses glühende infrarote Licht wird zum Rand der organischen Schicht geleitet, wo es in schmalen Solarzellen-Streifen in Strom umgewandelt wird. Weil die Materialien nicht das sichtbare Licht absorbieren, erscheinen sie für das menschliche Auge außerordentlich durchsichtig.”

Das hatten wir allerdings schon 2012 (solarify.eu/2012/erste-durchsichtige-solarzelle): Forscher an der Universität von Kalifornien in Los Angeles (UCLA) haben eine transparente Solarzelle entwickelt, die in Fensterscheiben Strom erzeugen kann. Diese „High Performance Polymer-Solarzellen“ (PSC) könnten der nachhaltigen Architektur einen gewaltigen Schub verschaffen. Laut Erläuterung des UCLA-Teams erzeugt die neue Solarzelle dadurch Energie, dass sie vor allem Infrarotlicht absorbiert, kein sichtbares Licht. Dadurch würden die Zellen fast 70% transparent für das menschliche Auge. Die UCLA-Forscher entwickelten die neuen Zellen aus Plastik-PV-Zellen, die Infrarotlicht in elektrischen Strom umwandeln.

Folgt: Transparente Solarzelle – Widerspruch in sich

Transparente Solarzelle – Widerspruch in sich

Wissenschaftlich betrachtet ist die transparente Solarzelle eigentlich ein Widerspruch in sich selbst. Solarzellen, besonders PV-Zellen, wandeln Energie um, indem sie Photonen (Sonnenlicht) absorbieren und diese in Elektronen (Strom) umwandeln. Wenn ein Material durchsichtig ist, gelangt das ganze Licht hindurch. Aus diesem Grund waren frühere transparente Solarzellen nur teilweise transparent und warfen meist bunte Schatten.

Eine ähnlich interessante Entwicklung waren 3M Solar Fensterfolien, “eine in der Entwicklung befindliche Window-Film-Technologie, deren Fertigung inzwischen aber schon wieder eingestellt wurde. Sie war im 3M-Energy Conservation-Labor in Japan weiterentwickelt worden,” hatte 3M schon 2012 gegenüber Solarify erklärt. Man mache sich dafür Synergien zwischen 3M Energy Generation und 3M Energy Conservation zu Nutze und kombiniere die Expertise beider Bereiche, um innovative Produkte zu entwickeln.

Vorteile der transparenten Solarzelle bestehen in ihrer Flexibilität und den geringen Produktionskosten im industriellen Maßstab, dazu kommen viele Einsatzmöglichkeiten: Glasfassaden von Wolkenkratzern,  Laptop- oder Handydisplays, sagt Lunt – die Möglichkeiten seien nahezu unbegrenzt. Allerdings müssten die Zellen noch effizienter werden. Denn ihr Wirkungsgrad liege derzeit bei nur etwa einem Prozent. Die Forscher hoffen, diesen in Zukunft auf etwa fünf Prozent steigern zu können. Damit lägen die transparenten Solarzellen zwar immer noch weit unter üblichen Solarzellen, aber der Vorteil vollständiger Transparenz gleiche den Nachteil des geringen Wirkungsgrades aus.

2010: Die Power-Zelle (Polycrystalline Wafer Engineering Result) von Sunways eröffnet Architekten und Planern neue Möglichkeiten der Gestaltung ästhetisch anspruchsvoller, hochwertiger Fassaden, mit denen aus Sonnenlicht Energie erzeugt werden kann. Glasfronten von Bürogebäuden, Wintergärten oder Schiebedächer von Kraftfahrzeugen werden mit der durchsichtigen Solarzelle zum Stromlieferanten; selbst gekrümmte Oberflächen können mit POWER-Zellen zum Solargenerator werden. Das Standardprodukt läßt ein Zehntel des Lichts durch und erzielt einen Wirkungsgrad von 10 Prozent. Auf Wunsch sollen künftig auch Zellen gefertigt werden, die bis zu 30 Prozent des Lichts passieren lassen.

Der Erfolg der Michigan-Forschung ist in der November-Nummer von Advanced Optical Materials unter dem Titel Smart Windows: Printed Smart Photovoltaic Window Integrated with an Energy-Saving Thermochromic Layer veröffentlicht worden.

In Deutschland läuft, wie pv magazine berichtete, seit einem halben Jahr ein Projekt für „Transparente organische Photovoltaik-Glasfassaden“. Koordinator ist die Dresdner Heliatek. Das BMBF finanziert das bis Mitte 2018 laufende Fünf-Millionen-Euro-Projekt nahezu zur Hälfte. Mit Hilfe transparenter Solarfolien sollen Glasflächen von Gebäudefassaden zur Stromgewinnung genutzt werden.

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