Stell Dir vor, Glas-Fassaden von Hochhäusern könnten das Sonnenlicht in sauberen Solarstrom umwandeln. Wäre das nicht eine raffinierte Methode, um die kostenlosen Sonnenstrahlen von morgens mit abends – und selbst bei tiefem Sonnenstand im Winter – als Energie-Lieferanten zu nutzen?
Dieser Vision sind Forscher der University of Michigan in Ann Arbor einen großen Schritt näher gekommen. Das Team um Stephen Forrest und Yongxi Li hat Solarzellen entwickelt, die eine Besonderheit aufweisen:
Die Solarzellen sind transparent!
Dadurch kann jedes Fenster zu einem Solarkraftwerk werden.
Die neuartigen Solarzellen sind lichtdurchlässig, weil sie nicht aus Silizium bestehen, sondern aus organischem Material. Die Forscher haben lange gesucht, mit verschiedenen Kohlenstoff-Verbindungen experimentiert und unterschiedliche Beschichtungen getestet, bis sie schließlich ein lichtaktives komplexes Molekül gefunden haben, das ihren Anforderungen entsprach.
Foto: Yongxi Li hält eine transparente Solarzelle hoch.
Credit: Robert Coelius, Michigan Engineering, Kommunikation & Marketing
Das beachtliche Ergebnis wurde am 17. August 2020 in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht. Auf der Seite der University of Michigan heißt es zu diesem Durchbruch:
„Das neue Material ist eine Kombination aus organischen Molekülen, die so konstruiert sind, dass sie im sichtbaren Bereich transparent sind und im nahen Infrarot absorbieren, einem unsichtbaren Teil des Spektrums, der einen Großteil der Energie des Sonnenlichts ausmacht. Darüber hinaus entwickelten die Forscher optische Beschichtungen, um sowohl die aus Infrarotlicht erzeugte Energie als auch die Transparenz im sichtbaren Bereich zu erhöhen – zwei Eigenschaften, die normalerweise miteinander konkurrieren.“
Ausgehend von diesen Anforderungen haben die Forscher zwei unterschiedliche Prototypen entwickelt, die sich in Wirkungsgrad und Lichtdurchlässigkeit leicht unterscheiden. In der nachfolgende Abbildung siehst Du im direkten Vergleich den Blick durch beide Prototypen.
Foto links:
8 % Wirkungsgrad bei 43 % Transparenz
Foto rechts:
11 % Wirkungsgrad bei fast 46 % Transparenz und leichter Grün-Tönung wie bei Sonnenbrillen oder Autoscheiben.
In weiteren Versuchen wollen die Forscher die Lebensdauer ihrer organischen Solarzellen testen und auf zehn Jahre ausdehnen. Auch wollen sie die Wirtschaftlichkeit in neuen und bestehenden Gebäuden untersuchen.
Transparente Solarfenster bieten sich besonders für Büro-Gebäude an. Die Solarzellen schützen einerseits vor starker Sonneneinstrahlung und damit vor einem starken Aufheizen der Räume. Andererseits können sie den Strombedarf des Gebäudes senken.
So abwegig ist es also nicht, dass Glas-Fassaden zu Solar-Kraftwerken werden. Die Forschung dazu hat gerade erst begonnen…