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07.08.2013

Farbiges Gestalten mit Solarzellen

Wissenschaftler entwickeln Technik zur Herstellung bunter Fotovoltaikmodule

Bläulich-schwarz schimmert es auf über einer Million deutschen Dächern: Fotovoltaikmodule sind bisher dunkel bis schwarz, was ihren Einsatz als Gestaltungselemente für Fassaden sehr einschränkt. Das könnte sich nun ändern: Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena haben nun ein Verfahren entwickelt, das die Produktion farbiger Fotovoltaikelemente ermöglicht. Mit der Technik könnten sogar großflächige Werbetafeln entstehen, die ihren eigenen Strom erzeugen.

So könnten Energie erzeugende Fassaden in Zukunft aussehen. Fotomontage: Fraunhofer IOF
Farbige Solarzellen, Fotomontage: Fraunhofer IOF

Hergestellt werden die bunten Solarzellen aus hauchdünnen Siliziumscheiben, sogenannten Wafern. Das nur einige Tausendstel Millimeter dicke Halbleitermaterial Silizium absorbiert Licht und wandelt die Energie in elektrischen Strom um.

Diese aktive Schicht ist von einer hauchdünnen, isolierenden Barriereschicht bedeckt, auf die wiederum eine Oxidschicht aufgetragen ist. Letztere wirkt als Entspiegelung und sorgt dafür, dass möglichst viel Licht das Silizium erreicht. Ein solches System wird als SIS-Solarzelle bezeichnet, wobei das "S" für "Semiconductor – Halbleiter" und das "I" für "Insulator – Isolator" steht.

In der transparenten Frontschicht liegt auch das farbige Potenzial dieser vergleichsweise einfach aufgebauten Zelle. "Die Farbe erhalten wir dadurch, dass wir die Dicke des Oxids variieren oder die Brechzahl verändern", erklärt Projektleiter Kevin Füchsel. Einen großen Einfluss auf die Effizienz der Solarzellen hat die farbige Oxidschicht nicht, ergaben erste Tests: "Große Abstriche beim Wirkungsgrad mussten wir nicht machen", berichtet der Physiker. Wie die elektrische Ausbeute in der Praxis tatsächlich ausfallen wird, muss sich jedoch erst noch zeigen. Nicht mit jedem Farbton wird sich gleich viel Strom erzeugen lassen. Mit Einschränkungen rechnen die Wissenschaftler beispielsweise bei bestimmten Mischungen aus den Farben Rot, Blau und Grün.

Im nächsten Entwicklungsschritt wollen die Wissenschaftler nun ein Verfahren entwickeln, mit dem sich die Oxidschicht ähnlich wie in einem Tintenstrahldrucker auf den Siliziumwafer aufbringen lässt. Das würde die Herstellung nicht nur schneller und preiswerter machen, sondern auch die Möglichkeiten im Oberflächendesign der Solarzellen extrem erweitern. So könnten farbige Muster auf die Zellen gedruckt werden, beispielsweise für großformatige Werbetafeln, die Strom erzeugen.

Einsatzmöglichkeiten könnte die neue Technik auch an Häusern nach dem sogenannten Plus-Energie-Standard haben: Diese erzeugen mehr Energie, als sie und ihre Bewohner über das Jahr hinweg benötigen. Möglich wird dies unter anderem durch den Einsatz von Fotovoltaikelementen auf dem Dach und an der Fassade. Hier würden sich den Architekten mit farbigen Solarzellen ganz neue Möglichkeiten in der Gestaltung eröffnen. (ud)