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22.07.2026 09:23 Uhr |
Ein Forschungsteam des University College London (UCL) hat einen Prototyp einer halbtransparenten Solarzelle entwickelt, die an Fensterscheiben angebracht werden kann, um Energie aus Sonnenlicht von außen und aus Kunstlicht aus dem Inneren eines Hauses gewinnen zu können. Energie soll so nicht nur bei Sonnenschein mit den Solarpaneelen gewonnen werden können, sondern auch an bewölkten Tagen und abends, wenn in Innenräumen Licht eingeschaltet ist.
Solarmodule werden hauptsächlich auf Häuserdächern installiert, um Strom zu liefern. Große Fensterflächen moderner Gebäude bleiben dagegen ungenutzt, weil herkömmliche Solarzellen aufgrund ihrer Intransparenz dort nicht eingesetzt werden können. Die UCL-Forscher wollten das ändern. In der Studie „Multimodal Strategy for Efficient Semi‐Transparent Perovskite Solar Cells and Modules with Record Indoor Performance“, die in Advanced Energy Materials erschienen ist, beschreiben sie einen halbtransparenten Prototypen eines Perowskit-Solarmoduls, das durch seine eingeschränkte Transparenz auf Fensterflächen aufgebracht werden kann und zugleich Innenräume teilweise vom Sonnenlicht abschirmt. Die Solarzelle hilft dann dabei, einen Teil der Energie zu sparen, die für die Kühlung der Innenräume nötig wäre.
Der erstellte Prototyp misst lediglich 30 cm × 30 cm. Die Wissenschaftler verwendeten Computermodelle, um die verschiedenen Schichten des Solarmoduls optimal anzuordnen und deren notwendige Dicke zu bestimmen. Damit stellen die Forscher sicher, dass ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Transparenz und Effizienz gewährleistet ist.
Anstatt Silizium, wie in herkömmlichen Solarzellen, verwendeten die Forscher Perowskit. Das Material lässt sich in seiner Zusammensetzung so anpassen, dass es die spezifischen Wellenlängen von Kunstlicht besser absorbieren und Energie gewinnen kann. Herausgekommen ist dabei eine lediglich 185 nm dünne Perowskit-Schicht. Die ist damit etwa 500-mal dünner als ein menschliches Haar. Bei durchschnittlichen Solarzellen auf Perowskit-Basis ist diese Schicht normalerweise etwa drei- bis viermal so stark.
Um die Effizienz des Solarmoduls zu erhöhen, fügten die Wissenschaftler dem Material das Molekül 3-Trifluormethyl-1H-1,2,4-triazol hinzu. Das stabilisiert die Kristallstruktur des Perowskits, sodass das Material nicht so schnell altert und die Funktion und Effizienz der Solarzelle länger erhalten bleiben. Zudem erhöht das hinzugefügte Molekül die Effizienz. Es reduziert Defekte im Perowskit (Traps), die dafür verantwortlich sind, dass Elektronen „hängen“ bleiben und ihre Energie nicht genutzt werden kann.
Um eine gewisse Transparenz des Solarmoduls zu erzielen, entwickelten die Wissenschaftler eine transparente Elektrode. Sie besteht aus zwei Molybdänoxid-Schichten, in denen eine dünne Goldschicht eingebracht ist. Durch diesen Aufbau kann Licht durch die Goldschicht fallen, da durch die beiden Molybdänoxid-Schichten die Reflexion des Lichts an der Goldschicht eingeschränkt wird. Bei herkömmlichen Perowskit-Solarmodulen besteht die Elektrode ausschließlich aus einer Goldschicht, sodass das Modul insgesamt intransparent ist. Ganz lichtdurchlässig ist aber auch das neue Solarmodul nicht. Es lässt etwa 30 Prozent des Lichts durch, bei normalem Glas sind es 80 bis 90 Prozent.
Das von den UCL-Forschern erstellte Solarmodul kann 22 Prozent des Innenraumlichts mit 1000 Lux und 14 Prozent des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Die Wissenschaftler ließen das Material künstlich altern, um die Haltbarkeit und den Erhalt der Effizienz der unverkapselten Solarzelle zu überprüfen. Über einen Zeitraum von 300 Stunden unter Lichteinstrahlung behielt das Modul 80 Prozent seiner Effizienz bei. Die Forscher schließen daraus, dass es genügend robust für den Dauereinsatz ist.
Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, das Solarmodul flexibler zu gestalten, um es auch auf gewölbte Glasoberflächen aufbringen zu können. Ziel dabei ist es, eine halbtransparente Fensterfolie zu entwickeln, die direkt auf Fensterscheiben aufgebracht werden kann.
(olb)