Ein kanadisch-schweizerisches Joint Venture hat halbtransparente organische Solarzellen entwickelt, die einen Wirkungsgrad von 12 Prozent erreichen. Ab 2028 sollen diese für Verglasungen und Gewächshäuser zu einem Preis von unter 150 US-Dollar pro Quadratmeter angeboten werden.
Der kanadische Entwickler Brilliant Matters und der Schweizer Materialkonzern HeiQ haben Pläne für den Vertrieb von semitransparenten organischen Solarzellen vorgestellt . Die beste Zelle ihrer Prototypenserie erreichte einen Wirkungsgrad von 12.04 Prozent, der Durchschnitt aller Prototypen lag bei 11.14 Prozent. Brilliant Matters rechnet mit der Markteinführung des Produkts im Jahr 2028.
An der Arbeit war auch die Solar Factory, eine Forschungsgruppe am Forschungszentrum Jülich, beteiligt. Im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten Projekts Emerge entwickelte sie flexible, halbtransparente Module aus Solarzellen. Vollständig gedruckte Prototypmodule auf Glas erreichten einen Spitzenwirkungsgrad von 10.2 Prozent und einen Durchschnittswirkungsgrad von 10.09 Prozent.
Wie die Zellen aufgebaut sind
Organische Solarzellen nutzen kohlenstoffbasierte Materialien zur Lichtabsorption. Dadurch sind sie dünn, leicht und teilweise transparent. So können sie Oberflächen bedecken, bei denen ein undurchsichtiges Panel die Sicht versperren würde, wie beispielsweise Fenster, Fassaden und Gewächshausdächer.
Die Partner kombinierten das aktive Material BM10 von Brilliant Matters mit der Xpectra-Elektrode von HeiQ, die Silbernanodrähte verwendet. Die Elektrode leitet Strom, lässt aber dennoch Licht durch. So bleibt der gesamte Aufbau halbtransparent und erzeugt trotzdem Strom.
Varun Vohra, Leiter der Entwicklungsabteilung bei Brilliant Matters, erklärte, das Team habe den Zellstapel auf mit Indiumzinnoxid beschichtetem Glas aufgebaut. Jede Prototypzelle maß lediglich 0.04 Quadratzentimeter. Jedes Testmodul umfasste elf in Reihe geschaltete Zellen auf einer aktiven Fläche von 7.03 Quadratzentimetern.
Drucken im großen Maßstab
Die Prototypmodule wurden vollständig gedruckt. Solar Factory demonstrierte zudem, dass das Verfahren auch mit dem Rolle-zu-Rolle-Druckverfahren funktioniert. Bei dieser Methode wird jede Schicht auf ein sich bewegendes Blatt aufgetragen, ähnlich wie bei einer Zeitungsdruckmaschine, sodass die Produktion ohne Unterbrechung erfolgen kann.
Wirkungsgrad bedeutet hier, wie viel Prozent des Sonnenlichts eine Zelle in Strom umwandelt. Eine Zelle mit 12 Prozent Wirkungsgrad wandelt etwa ein Achtel des einfallenden Lichts um. Transparente Zellen geben konstruktionsbedingt etwas Leistung ab, da durchgelassenes Licht nicht genutzt wird.
Brilliant Matters prognostiziert einen Preis unter 150 US-Dollar pro Quadratmeter und erwartet weitere Preissenkungen bei steigender Nachfrage. Kundentests der organischen Photovoltaik-Technologie laufen bereits.
„Wir gehen davon aus, dass die Technologie im Jahr 2028 kommerziell verfügbar sein wird“, sagte Vohra. Bis dahin werden die Versuche zeigen, wie sich die Zellen außerhalb des Labors verhalten.
Wohin die Zellen gelangen könnten
HeiQ sieht gebäudeintegrierte Photovoltaik als Hauptmarkt, neben architektonischen Verglasungen und Gewächshauskonstruktionen. Das Unternehmen verweist auch auf andere lichtdurchlässige Oberflächen, die Strom erzeugen könnten. In jedem Fall muss das Panel Licht durchlassen und gleichzeitig Strom produzieren.
Gewächshausbetreiber benötigen Sonnenlicht für das Pflanzenwachstum, daher würde ein undurchsichtiges Dach die Erträge mindern. Eine halbtransparente Schicht hingegen könnte Licht zu den Pflanzen durchlassen und gleichzeitig Strom erzeugen.
Auch andere Gruppen verfolgen dasselbe Ziel. So haben beispielsweise Ingenieure des University College London kürzlich halbtransparente Solarfenster vorgestellt , die Energie aus Innen- und Außenlicht gewinnen. Brilliant Matters und HeiQ haben nun einen Markteinführungstermin und einen Zielpreis, auf den sie hinarbeiten.
Was kommt als nächstes
Die genannten Ergebnisse stammen von kleinen Prototypen; größere Paneele weisen üblicherweise einen Leistungsverlust auf. Die Modulergebnisse zeigen bereits einen Teil dieser Lücke: 10.2 Prozent gegenüber 12.04 Prozent bei der besten Einzelzelle. Kundentests sollen zeigen, wie die organischen Solarzellen mit realen Gebäuden, Witterungseinflüssen und Alterungsprozessen umgehen.
Die Lebensdauer ist die zweite große Frage. Diese kohlenstoffbasierten Schichten können unter dem Einfluss von Hitze, Licht und Feuchtigkeit zersetzt werden, was die Entwicklung in diesem Bereich lange Zeit behindert hat. Käufer von Glas für Gebäude erwarten eine jahrzehntelange Haltbarkeit, daher sind Testergebnisse zum Verschleiß genauso wichtig wie die Effizienzwerte.
Die Partner streben ein bedrucktes, halbtransparentes Produkt an, das 2028 zu einem Preis unter 150 US-Dollar pro Quadratmeter erhältlich sein soll. Gelingt ihnen dies, könnten organische Solarzellen eine echte Alternative zu Glas darstellen, das gleichzeitig Strom erzeugt.
