Eingelagerte Quantenpunkte verwandeln eine Fensterscheibe in ein kleines Solarkraftwerk. © Los Alamos National Laboratory

Sonnenstrom aus der Fensterscheibe

Jede Fensterscheibe lässt sich prinzipiell in ein kleines Solarkraftwerk verwandeln. Ein Weg dahin sind spezielle transparente, aber auch teure Solarzellen, die immer noch ausreichend Sonnenlicht in das Innere eines Gebäudes dringen lassen. Eine deutlich günstigere Alternative haben Wissenschaftler nun an einer großen Fensterscheibe demonstriert und berichten über ihren Prototyp in der Zeitschrift „Nature Energy“. Beschichtet mit einem Film aus lichtaktiven Nanokristallen – sogenannten Quantenpunkten – konnte eine Glasscheibe Sonnenlicht eingefangen und konzentriert an seine Ränder lenken. Dort setzten die Forscher konventionelle Solarzellen ein, die aus dem umgelenkten Licht elektrischen Strom erzeugten.

„Mit Quantenpunkten konnten wir Solarkonzentratoren entwickeln, mit denen jedes Fenster elektrischen Strom erzeugen könnte“, sagt Victor Klimov vom Los Alamos Center for Advanced Solar Photophysics. Zusammen mit seinen Kollegen züchtete er zunächst vier Nanometer durchmessende Nanokristalle aus Cadmiumselenid. Diese Kristalle umhüllten sie mit einer ebenfalls nur vier Nanometer dünnen Schicht aus Cadmiumzinksulfid. Diese auch Quantenpunkte genannten Nanokristalle absorbieren energiereiche Photonen des Sonnenlichts und senden darauf Lichtteilchen mit etwas weniger Energie aus. Um die empfindlichen Quantenpunkte vor Feuchtigkeit zu schützen, ergänzte das Team eine weitere dünne Hülle aus Siliziumoxid.

Die Quantenpunkte lagerten Klimov und seine Kollegen in einen hauchdünnen Kunststofffilm ein. Mit diesem lichtaktiven Film beschichteten sie eine 90 mal 30 Zentimeter große Glasscheibe. Fiel nun Sonnenlicht auf diese Glasscheibe, drang genug Licht hindurch, um einen Innenraum ausleuchten zu können. Energiereiche Lichtteilchen im Sonnenlicht wurden jedoch absorbiert und regten die Quantenpunkte zur Emission von Photonen an. Dieses Licht aus den Nanokristallen ließ sich effizient an die Ränder der Glasscheibe lenken. Dort montierten die Forscher konventionelle Solarzellen, die aus dem ablenkten Licht elektrischen Strom erzeugten.

Auf die gesamte Fläche des Fensters bezogen ist die Effizienz dieser Solarfenster mit einem Wirkungsgrad von zwei bis drei Prozent noch gering. Doch dafür könnte eine lichtaktive Beschichtung deutlich günstiger gefertigt werden als Solarmodule. Klimov hält es für möglich, die Stromausbeute mit besseren Quantenpunkten auf etwa sechs Prozent steigern zu können. Dann könnten nach seiner Aussage viele herkömmliche Fensterscheiben mit den lichtaktiven Kunststofffilmen ausgestattet und wirtschaftlich Solarstrom erzeugen. In Zukunft wäre sogar vorstellbar, Privathäuser und Bürotürme mit solchen Solarfenstern auszustatten, damit diese Häuser zumindest einen Teil des benötigten Stroms selbst produzieren könnten.