Die neuen Solarzellen aus günstigem Halbleitermaterial können einen Durchbruch für die Integration von Solarmodulen in Fassaden und Dächern bedeuten
Neben hohen Anschaffungskosten kann auch die mangelnde Ästhetik ein Grund dafür sein, Solarmodule nicht in Gebäudefassaden und Dächern zu verbauen. Dies dürfte sich in Zukunft jedoch ändern. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nämlich farbige Solarzellen aus günstigem Perowskit-Halbleitermaterial entwickelt, die auf lange Sicht in Gebäudefassaden oder Dächern integriert werden können und dabei die Optik bekannter Baumaterialien imitieren.
Neue Solarzellen
Perowskit-Solarzellen zeigen schon jetzt im Labor Wirkungsgrade von über 25 Prozent – bei kostengünstigeren Ausgangsstoffen und einfacheren Herstellungsmethoden als die ähnlich effizienten Silizium-Solarzellen. Allerdings gibt es auch noch einige Herausforderungen, die zu meistern sind. Für den zentralen Markteintritt der Technologie muss nicht nur die Stabilität sichergestellt werden, sondern auch der hohe Wirkungsgrad, der auf kleinen Solarflächen erzielt werden konnte, auf große Flächen übertragen werden. Nur so kann die Technologie zur Entwicklung von kosteneffizienten Solarmodulen führen.
Färben mit Tintenstrahldruck-Methode
Diese Perspektive ist sehr attraktiv, denn eben solche großen Solarflächen könnten massenhaft in noch ungenutzte Gebäudeteile wie zum Beispiel Fassaden integriert werden. Weil für eine solche Nutzung neben Kosten und Wirkungsgrad insbesondere auch die Ästhetik eine wichtige Rolle spielt, untersuchte das Forschungsteam zusammen mit dem Industriepartner Sunovation eine Tintenstrahldruck-Methode, mit der die Perowskit-Solarmodule eingefärbt werden kann. Ihr Vorteil: Die Färbung der Module per Tintenstrahldruck ist kostengünstig und auch für größere Flächen geeignet.
Der gewählte Ansatz hat einen weiteren erheblichen Vorteil. Während bei der bisherigen Herstellung von farbigen Perowskit-Solarzellen der farbliche Eindruck der Solarzelle für den Betrachter stark vom Winkel des einfallenden Lichts abhängig war, ist die bei der neuen Methode verwendete Farbe nahezu unabhängig vom Sonnenlicht und sieht immer gleich aus. In einer groß angelegten Experimentreihe konnten die Forschenden belegen, dass diese ursprünglich für Solarmodule aus Silizium entwickelte Methode auch bei Perowskit-Solarmodulen effizient anwendbar ist. Die lebhaft in den Basisfarben Cyan, Magenta und Gelb kolorierten Solarzellen zeigten bis zu 60 Prozent der ursprünglichen Effizienz beim Umwandeln von Solarenergie in Strom.
Die Methode hat außerdem einen weiteren Vorteil. Durch die Tintenstrahldrucktechnik können diese Farben gemischt werden. Damit ist nicht nur ein weites Farbspektrum möglich, sondern auch der Druck komplexer Farbmuster. Die Forschenden nutzten dies, um Solarmodule in der Optik von verschiedenen Baumaterialien herzustellen. Besonders effizient zeigten sich Perowskit-Solarmodule in weißer Marmoroptik. Hier konnte das Team Wirkungsgrade von bis zu 14 Prozent erreichen. Da das Ziel von gebäudeintegrierter Photovoltaik ist, Dächer und Fassaden durch Solarmodule zu ersetzen und damit zusätzliche Kosten zu vermeiden, ist der Wirkungsgrad von 14 Prozent enorm. Immerhin könnten damit zukünftig einfache Betonwände, die keinen Strom generieren durch integrierte Solarzellen mit Energieeffizienz ersetzt werden.
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