“Fenster wird Kraftwerk”

Wieder einmal: Transparente Solarzelle

Schon vor sieben Jahren haben Forscher der Universität von Kalifornien in Los Angeles (UCLA) haben eine transparente Solarzelle entwickelt (siehe solarify.eu/erste-durchsichtige-solarzelle), die in Zukunft in Fensterscheiben Strom erzeugen kann. Gleichzeitig entwickelte 3M Solar Fensterfolien. 2016 kamen aus den USA erneut Meldungen über transparente Solarzellen (solarify.eu/voellig-transparente-solarzellen), erstmals “völlig” transparent: Diesmal hatten Forscher der Michigan State University (MSU) in East Lancing ein weiteres Konzept für transparente Solarzellen vorgestellt, das Transparent Luminescent Solar Concentrator Module. Jetzt stanzten Forscher in Silizium-Wafer unzählige Löcher mit Durchmesser von rund 100 Mikrometern und erzeugten so aus opaken Zellen durchsichtige, ohne ihren Wirkungsgrad entscheidend zu schwächen.

“Bestehende transparente Solarzellen neigen dazu, einen rötlichen Farbton und einen geringeren Wirkungsgrad zu haben, aber durch das Stanzen von Löchern mit einem Durchmesser von etwa 100 µm (vergleichbar einem menschlichen Haar) auf kristallinen Siliziumwafern lässt sie Licht ohne Verfärbung durch. Die Löcher werden dann strategisch so angeordnet, dass das menschliche Auge das Muster nicht “sehen” kann”, so ein am 11.12.2019 in der Zeitschrift Joule erschienener Forschungsbericht.

Die Herstellung transparenter Solarzellen aus natürlich opakem kristallinem Silizium sei “eines der anspruchsvollsten Probleme im Bereich der Solarenergie”, so Joule. “Die meisten Solarzellen opfern Transparenz, um den Wirkungsgrad zu maximieren. Die besten Solarzellen auf dem Markt haben einen Wirkungsgrad von mehr als 20 Prozent. Die vom Forschungsteam entwickelte transparente, neutralfarbige Solarzelle zeigte Langzeitstabilität mit einem hohen Wirkungsgrad von 12,2 Prozent.”

“Meine Teammitglieder kamen zu dem Schluss, dass kristallines Silizium das beste Material ist, um die glasartige, hocheffiziente, hochstabile und farblose Solarzelle zu entwickeln”, sagt Kwanyong Seo vom Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Co-Senior-Autor auf dem Papier zusammen mit Seungwoo Lee von der Korea University. “Auf den ersten Blick war es eine verrückte Idee für uns alle. Das Problem war, dass kristallines Silizium nicht transparent ist, so dass vor uns niemand versuchte, transparentes kristallines Silizium mit neutralen Farben herzustellen.” Laut Seo ist die durchsichtige Solarzelle ein ideales Material, um Fenster in Solarmodule zu verwandeln. “Aktuelle Solarzellen brauchen Platz. Auf dem Boden oder genügend Platz auf dem Dach”, sagt er. “Aber das Dachverhältnis wird immer kleiner und kleiner im Vergleich zur Fensterfläche.”

Außerdem sind die meisten Fenster vertikal angeordnet, so dass das Licht in einem niedrigen Winkel auf die Fenster trifft. Bei einem Auftreffen auf Niederwinkellicht sinkt der elektrische Strom in herkömmlichen Zellen um fast 30 Prozent, während transparente Solarzellen um weniger als 4 Prozent reduzieren – so kann die Sonnenenergie effizienter genutzt werden. “Wir wollen die aktuellen Fenster ersetzen”, sagt Seo. “Es gibt viele Dinge, die wir überwinden müssen, wie z.B. die gesetzlichen Vorschriften. Wir brauchen auch die mechanische Stabilität und Stärke, um unsere Vorrichtung anzuwenden, um das aktuelle Fenster im Gebäude zu ersetzen.”

Die Vermarktung des transparenten kristallinen Siliziums ist jedoch vielversprechend. Neben der Strukturierung der Wafer ähnelt der Herstellungsprozess den konventionellen Solarzellen in der Industrie. Der nächste Schritt für das Team besteht darin, das Gerät auf 25 cm2 zu vergrößern und den Wirkungsgrad auf 15 Prozent zu erhöhen. Seo: “Siliziumsubstrat ist ein sehr beliebtes Material in der Halbleiterindustrie. Wir glauben, dass diese Vision für viele verschiedene Anwendungen, wie z.B. transparente Elektronik, gelten kann. Es kann auch auf mobile Geräte als Energiequelle angewendet werden.”

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