Strom aus bunten Fassaden 15.07.2013, 12:10 Uhr

Neue Chance für die deutsche Solarindustrie

Transparente Schichten sorgen durch Änderung der sogenannten Brechzahl dafür, dass Solarzellen künftig in allen Farben strahlen. Das Verhältnis  zwischen der Vakuumlichtgeschwindigkeit und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes wird dem jeweiligen Farbwunsch entsprechend variiert. 

Die Fotomontage zeigt wie das Gebäude des Fraunhofer IAO in Stuttgart mit einer »efficient design«-Solarfassade gestaltet werden könnte.

Die Fotomontage zeigt wie das Gebäude des Fraunhofer IAO in Stuttgart mit einer »efficient design«-Solarfassade gestaltet werden könnte.

Foto: Fraunhofer IOF

Fassaden lassen sich künftig mit Solarzellen in beliebigen Farben verkleiden, sodass sie von Architekten als Designelemente eingesetzt werden können. Heute sind sie auf blau schimmernde oder stumpf-anthrazitfarbene Zellen angewiesen, die eine Wand nicht unbedingt verschönern. Ausgangsmaterial ist eine hauchdünne Siliziumscheibe (Wafer). Diese wird mit einer nicht minder dünnen, Insulator genannten Schicht aus einem Material überzogen, das Sonnenlicht gezielt ins Silizium leitet, das Strom erzeugt. Die dritte Schicht ist für die Farbgebung verantwortlich, obwohl sie keineswegs farbig ist. Sie ist transparent, schimmert aber grün, gelb oder rot, weil die Entwickler Brechungszahl und Schichtdicke verändern.

Dieser Außenbelag besteht üblicherweise aus teurem Indiumzinnoxid, einem äußerst transparenten Material, das wie Silizium zu den Halbleitern gehört.  Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena, die die neuartige Solarzelle bereits im Labor hergestellt haben, setzen stattdessen Zinkoxid ein, das mit Aluminiumatomen dotiert ist, also gezielt verunreinigt wurde. „Damit geht es genauso gut“, sagt der Physiker Kevin Füchsel, der die Forschungsgruppe leitet.

Die SIS-Zellen (SIS steht für Semiconductor-Insulator-Semiconductor) können sich, was den Wirkungsgrad angeht, durchaus mit blauen Zellen aus polykristallinem Silizium messen. 20 Prozent haben die Jenaer Wissenschaftler schon erreicht. In fertigen Modulen wird die Effektivität geringer sein, zum einen wegen der nicht immer optimalen Ausrichtung der Fassaden zur Sonne, zum anderen wegen der vom Architekten gewünschten Farbe. Rot, blau und grün leuchtende Zellen haben einen geringeren Wirkungsgrad. Wie die neuartigen Zellen ein Gebäude prägen können haben die Forscher per Computersimulation an einem Fraunhofer-Gebäude in Stuttgart demonstriert.

Zellen aus dem Tintenstrahldrucker

Bereits in diesem frühen Stadium versuchen die Wissenschaftler das Herstellungsverfahren zu optimieren. Sie experimentieren mit lasergestützten Löttechniken, um einzelne Zellen zu Modulen zu verbinden, beispielsweise zu mehrfarbigen Werbetafeln, die den Strom, den sie verbrauchen, tagsüber selbst erzeugen und in einer Pufferbatterie speichern. Bei dieser Art zu löten wird das umliegende Material nicht durch Hitze geschädigt.

Die äußere Schicht aus aluminiumdotiertem Zinkoxid wird derzeit mit in einer Vakuumkammer aufgebracht. Dazu wollen die Jenaer Forscher künftig einen Tintenstrahldrucker einsetzen, was die Kosten drastisch verringern wird. Mit derartigen Solarzellen könnte die deutsche Industrie wieder mithalten, weil diese Technik nicht so leicht zu kopieren ist.

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