Fraunhofer ISE Forscher stellen Nanopartikel-Solarzellen im Siebdruck her

Forscher des Fraunhofer ISE in Freiburg haben Solarzellen aus Nanopartikeln entwickelt, die sich im Siebdruckverfahren herstellen lassen. Zwar ist deren Wirkungsgrad noch sehr gering, doch bieten sie viele gestalterische Möglichkeiten.

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Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, ISE, wird im Februar auf der Nanotech in Tokio, der weltweit größten Nanotechnologie-Fachmesse, im Rahmen der BMBF-Marketing-Kampagne „Nanotech Germany“ ein Farbstoff-Solarmodul vorstellen. Das Modul ist 2 m hoch und 60 cm breit.

Die Kernkomponente der neuen Module ist ein organischer Farbstoff, der in Kombination mit Nanopartikeln Sonnenlicht in Strom umwandelt. Die Nanopartikel ermöglichen auf Grund ihrer geringen Größe die Herstellung semitransparenter Solarmodule. Diese eignen sich daher beispielsweise für die Integration in Fassaden. Der Prototyp eines Solarmoduls, den die Forscher am ISE hergestellt haben, schimmert bernsteinfarben.

Es lassen sich nach Angaben des ISE auch andere Farben herstellen. Damit ergeben sich ganz neue Anwendungsmöglichkeiten: Statt den Stromerzeuger aufs Dach zu montieren, lässt er sich beispielsweise in Glasfassaden integrieren. Die neue Technologie schützt auf diese Weise Gebäude vor störender direkter Sonneneinstrahlung und produziert zugleich Strom.

Flexible gestalterische Möglichkeiten

„Wir sehen die Farbstoff-Solarzelle nicht als Konkurrenz zur herkömmlichen Siliziumzelle“, sagt Dr. Andreas Hinsch, Physiker am ISE in Freiburg. Die ausgestellten Modulprototypen erreichen einen Wirkungsgrad von 4%. Das ist für Anwendungen auf dem Dach im Vergleich zu kristallinen Siliziumsolarzellen noch zu gering.

Doch hat die Technologie einen entscheidenden Vorteil für den Einsatz in Fassaden: Die hauchdünne stromerzeugende Schicht, die zwischen zwei Glasscheiben steckt, wird aus Nanopartikeln im Siebdruck aufgetragen, einem technisch ausgereiften Verfahren. Das macht es möglich, beliebige Motive einzuarbeiten. Eine Glasfassade aus diesem Material lässt sich dekorativ und werbewirksam gestalten, zum Beispiel mit einem bunten Firmenlogo, das zumdem Strom liefert.

Lebensdauer von mehreren tausend Stunden

Noch ist das Farbstoffmodul nur ein Prototyp. Diesen haben die Fraunhofer-Forscher zusammen mit namhaften Industriepartnern im Color-Sol-Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF entwickelt.

Die besondere Herausforderung bei der neuen Technologie war die Präzision: Der feine Spalt zwischen den beiden Glasscheiben muss hermetisch verschlossen sein, damit keine Luft die reaktiven Substanzen zerstört. Die Fraunhofer-Experten haben sich dabei etwas Besonderes einfallen lassen. Statt einen polymeren Kleber zu verwenden wie die Konkurrenz, arbeiten sie mit Glaslot: Glaspulver wird im Siebdruck aufgetragen und verschmilzt bei Temperaturen von rund 600 Grad mit den Scheiben.

Dauertests bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen haben gezeigt, dass die Solarzellen auch nach mehreren tausend Stunden noch voll funktionsfähig sein können. Eine Zertifizierung der Langzeitstabilität der Farbstoff-Solarmodule steht jedoch noch aus.

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