Forscher stellen farbenfrohe Solarzellen mithilfe der hybriden organisch-anorganischen PV-Technologie her

Forscher der University of Michigan haben eine neue, auffällige transparente Photovoltaikzelle aus einer neuartigen Mischung aus organischen und anorganischen Materialien entwickelt und bringen damit farbenfrohe Photovoltaik einen Schritt näher an den Markt.

Professor Jay Guo und seine Gruppe haben aus einer Kombination organischer und anorganischer (amorphes Silizium) Materialien eine handtellergroße Folie mit amerikanischer Flagge hergestellt (siehe Abbildung oben und unten). Guo erklärt: „Alle roten Streifen, der blaue Hintergrund und so weiter – alles funktionierende Solarzellen.“

Der Reiz solcher farbenfrohen Geräte liegt nicht so sehr in der Effizienz, die sie bieten (in diesem Fall 2 %, typischerweise weniger als 10 %), sondern in der großen Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten. Laut Guo „bietet dies eine ganz andere Möglichkeit, Solartechnologie zu nutzen“. Er erklärt: „Heutzutage sind Sonnenkollektoren schwarz und der einzige Ort, an dem man sie auf einem Gebäude anbringen kann, ist das Dach … Wir glauben, dass wir Sonnenkollektoren schöner machen können – in jeder Farbe, die sich ein Designer wünscht. Und wir können diese Panels in großem Umfang einsetzen, sogar in Innenräumen.“

Für die Entwicklung solcher gebäudeintegrierter Photovoltaikanwendungen (BIPV) wurde eine Reihe von Solarzellentechnologien vorgeschlagen, darunter organische PV- und Farbstoffsolarzellen. Die mit solchen Technologien mögliche Farbpalette wird jedoch durch die Materialauswahl eingeschränkt. Organische Solarzellen beispielsweise gibt es nur in den Farbtönen Rot und Gelb, nicht jedoch in Blau oder Grün. Bei nanostrukturierten Geräten ändert sich die Farbe je nach Betrachtungswinkel, was den Zellen ein unnatürliches Schillern verleiht.

Um dieses Problem zu lösen, hat Guos Team extrem dünne Schichten aus amorphem Silizium (dem gleichen Material, das auch in amorphen Silizium-PV-Modulen verwendet wird) verwendet und diese mit leitfähigen organischen Materialien beschichtet. Durch sorgfältige Steuerung der Dicke des amorphen Siliziums konnte seine Gruppe die Farbe der Zelle erfolgreich auf das gesamte Spektrum der vom menschlichen Auge erkennbaren Grundfarben einstellen: Rot, Blau und Grün – und gleichzeitig einen Wirkungsgrad der Energieumwandlung von 2 % erreichen.

Bildquelle: Yong et al. / Nature

Obwohl Forscher die Effizienz weiter verbessern, wird es immer einen Kompromiss zwischen Farbe und Effizienz geben, da die Farben, die wir wahrnehmen, die Abschnitte des Sonnenspektrums sind, die die Zelle nicht zur Stromerzeugung nutzen kann. Normale PV-Module erscheinen im Vergleich schwarz, da sie alle Farben absorbieren.

Im Gegensatz zu herkömmlichen PV-Modulen haben die Zellen von Guo jedoch den Vorteil, dass sie unabhängig vom Sonnenstand die gleiche Strommenge produzieren.

Obwohl die Kosten für die Herstellung solcher Zellen nicht bekannt sind, können die verwendeten Prozesse theoretisch relativ einfach und kostengünstig angepasst werden, um Buntglasfenster, Werbetafeln und sogar Fensterjalousien herzustellen, die Sonnenenergie gewinnen, ohne dass die Ästhetik darunter leidet.

Guo vermutet: „Solarenergie ist praktisch unerschöpflich und die einzige Energiequelle, die uns langfristig versorgen kann.“ Wir müssen herausfinden, wie wir so viel wie möglich davon nutzen können.“

Bildquelle oben: Joseph Xu / University of Michigan