Fenster als Solarkraftwerk

Jan Oliver Löfken

Blick durch eine Fensterfront auf den Abendhimmel

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Verglichen mit ausgereiften Solarzellen aus Silizium wandeln organische Solarzellen deutlich weniger Sonnenlicht in elektrischen Strom um. Doch sie bieten auch einen wesentlichen Vorteil: Das Material, aus dem diese Zellen bestehen, lässt sich transparent gestalten. Nun entwickelten Wissenschaftler eine organische Solarzelle, die fast die Hälfte des Sonnenlichts passieren lässt und gleichzeitig gut zehn Prozent des einfallenden Lichts in Strom umwandelt. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten, eignen sich solche Solarzellen vor allem für große Fensterflächen.

Blick durch eine Fensterscheibe auf den Himmel und ein Gebäude.

Blick durch den Prototyp

Für ihre organischen Solarzellen suchten Stephen Forrest von der University of Michigan in Ann Arbor und seine Kollegen nach lichtaktiven organischen Molekülen mit besonderen Eigenschaften: Zum einen sollten sie – deponiert in einer knapp hundert Nanometer dünnen Schicht auf einem Glasträger – möglichst viel Licht im sichtbaren Spektralbereich hindurchlassen. Zum anderen galt es, möglichst den infraroten Anteil des Sonnenlichts zu absorbieren und für die Stromgewinnung zu nutzen. Ein komplexes organisches Molekül, das aus vier Thiophen- und zwei Cyclopentadien-Gruppen sowie einem Benzolring besteht, erfüllte die gewünschten Bedingungen.

Basierend auf diesem Molekül fertigten die Forscher erste Prototypen. Als Elektroden dienten ebenfalls transparente und elektrisch leitfähige Schichten aus Indiumzinnoxid. Diese Variante ließ 43,3 Prozent des Sonnenlichts passieren und wandelte 8,1 Prozent in elektrischen Strom um. Eine zweite Variante, die statt Indiumzinnoxid eine hauchdünne Silberschicht als Elektrode nutzte, erreichte sogar einen Wirkungsgrad von 10,8 Prozent bei einer Transparenz von 45,8 Prozent. Allerdings war diese Solarzelle schwach grünlich gefärbt.

„Fenster sind ideal für organische Solarzellen, die eine hohe Effizienz mit einer hohen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich kombinieren“, sagt Stephen Forrest. In einer Serienfertigung könnten sie sehr gut zwischen den Glasschichten einer Doppel- oder Dreifachverglasung integriert werden. Zunächst muss sich aber in weiteren Versuchen eine Lebensdauer der lichtaktiven organischen Moleküle von mindestens zehn Jahren bestätigen. Gerade für Bürohochhäuser bieten sich solche Solarfenster an. Denn diese werden schon heute mit leicht eingefärbten Fenstern ausgestattet, um ein übermäßiges Aufheizen der Innenräume zu vermeiden.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/news/2020/fenster-als-solarkraftwerk/