Bald bunte und mehrfarbige Solarzellen?

Am Fraunhofer-Institut für angewandte Optik und Feinmechanik wird derzeit an der Entwicklung farbiger Solarzellen gearbeitet, die auch als Designelemente dienen können und insbesondere bei der Gestaltung von Gebäudefassaden eine Rolle spielen könnten. Die Entwickler sprechen in diesem Zusammenhang von „Customized Photovoltaik“. Letztlich handelt es sich um eine neue Variante der gebäudeintegrierten Photovoltaik, zumindest wenn der Begriff weit gefasst wird. Darunter werden alle Solarmodule zusammengefasst, die quasi nebenbei noch die Funktion eines herkömmlichen Gebäudeteils übernehmen. Bislang dachte man dabei hauptsächlich an Dachziegel und Hausfassaden, aber Designelemente gehören sicherlich auch dazu.

Bislang wenig Auswahl beim Design

Heutige Solarmodule sind entweder blau oder weisen eine sehr dunkle, nahezu schwarze Färbung auf. Mithilfe der Dünnschichttechnologie wollen die Forscher am Fraunhofer-Institut Module in praktisch jeder Farbe herstellen. Dünnschichtmodule bestehen aus einer Halbleiterschicht mit einer Dicke von wenigen Mikrometern. Die Oberfläche besteht aus einer weiteren dünnen Schicht, die aus einem optisch durchlässigen Material besteht. Aufgabe dieser Schicht ist es, möglichst viel Licht zu absorbieren und flach einfallendes diffuses Licht in Richtung der stromerzeugenden Schicht zu brechen. Lichteffekte können erzielt werden, indem der Brechungsindex und die Dicke dieser Schicht variiert werden. Das Phänomen ist von Seifenblasen bekannt, die ebenfalls in allen erdenklichen Farben schimmern können, obwohl sie aus einer praktisch farblosen Substanz bestehen.

Einbußen beim Wirkungsgrad

Das Problem besteht darin, dass das schlichte Einheitsdesign heutiger Solarzellen kein Zufall ist. Die Oberflächenbeschichtung der Module soll möglichst viel Licht auf die Module leiten. Weil alle Hersteller dasselbe Ziel verfolgen, kommen sie auch zu fast identischen Lösungen. Eine nahezu schwarze Solarzelle mag nicht sehr attraktiv erscheinen, aber schwarz zu sein bedeutet nichts anderes, als sehr wenig Licht zu reflektieren. Farbige Solarzellen zu bauen heißt also, aus der Antireflexschicht eine Schicht zu machen, die gezielt in ausgewählten Wellenlängenbereichen Licht reflektiert. Dieses Licht steht nicht mehr zur Erzeugung von Strom zur Verfügung. Nach Aussagen der Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut ist es ihnen jedoch gelungen, die Einbußen beim Wirkungsgrad deutlich zu minimieren. Mithilfe einer geschickten Kombination aus aktivem Medium und optischer Beschichtung scheint das durchaus vorstellbar. Solarzellen nutzen nicht alle Wellenlängenbereiche des optischen Spektrums gleich gut aus. Wenn beispielsweise grünes Licht kaum zur Stromerzeugung genutzt wird, kann es zur Erzielung optischer Effekte reflektiert werden, ohne dadurch den Wirkungsgrad stark zu beeinträchtigen.

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