Sonnenstrom aus der Fensterscheibe

Durchsichtige Beschichtung lenkt Sonnenlicht auf periphäre Solarzellen
Winzige kristalline Quantenpunkte verwandeln eine Fensterscheibe in ein kleines Solarkraftwerk.
Winzige kristalline Quantenpunkte verwandeln eine Fensterscheibe in ein kleines Solarkraftwerk.
© Los Alamos National Laboratory
Los Alamos (USA) - Jede Fensterscheibe lässt sich prinzipiell in ein kleines Solarkraftwerk verwandeln. Ein Weg dahin sind spezielle transparente, aber auch teure Solarzellen, die immer noch ausreichend Sonnenlicht in das Innere eines Gebäudes dringen lassen. Eine deutlich günstigere Alternative haben nun amerikanische Wissenschaftler an einer großen Glasscheibe demonstriert und berichten über ihren Prototyp in der Zeitschrift „Nature Energy“. Beschichtet mit einem Film aus lichtaktiven Nanokristallen, sogenannten Quantenpunkten, konnte die Glasscheibe Sonnenlicht eingefangen und konzentriert an ihre Ränder lenken. Dort brachten die Forscher konventionelle Solarzellen an, die aus dem umgelenkten Licht elektrischen Strom erzeugten.

„Mit Quantenpunkten konnten wir Solarkonzentratoren entwickeln, mit denen jedes Fenster elektrischen Strom erzeugen könnte“, sagt Victor Klimov vom Los Alamos Center for Advanced Solar Photophysics. Zusammen mit seinen Kollegen züchtete er zuerst nur vier millionstel Millimeter (Nanometer) durchmessende Nanokristalle aus Cadmiumselenid. Diese Kristalle umhüllten sie mit einer ebenfalls nur vier Nanometer dünnen Schicht aus Cadmiumzinksulfid. Diese auch Quantenpunkte genannten Nanokristalle absorbierten energiereiche Photonen des Sonnenlichts und sendeten darauf Lichtteilchen mit etwas weniger Energie aus. Um die empfindlichen Quantenpunkte vor Feuchtigkeit zu schützen, ergänzten sie eine weitere dünne Hülle aus Siliziumoxid.

Die Quantenpunkte lagerten Klimov und Kollegen in einen hauchdünnen Kunststofffilm (Polyvinylpyrrolidon) ein. Mit diesem lichtaktiven Film beschichteten sie eine 90 mal 30 Zentimeter große Glasscheibe. Fiel nun Sonnenlicht auf diese Scheibe, drang genug Licht hindurch, um einen Innenraum ausleuchten zu können. Kurzwelliges, energiereiches Licht wurde jedoch absorbiert und regte die Quantenpunkte zur Emission von Photonen an. Dieses Licht aus den Nanokristallen ließ sich effizient an die Ränder der Glasscheibe lenken. Dort montierten die Forscher konventionelle, undurchsichtige Solarzellen, die aus dem ablenkten Licht elektrischen Strom erzeugten.

Auf die gesamte Fläche des Fensters bezogen ist die Effizienz dieser Solarfenster mit zwei bis drei Prozent Wirkungsgrad noch gering. Doch dafür könnte eine lichtaktive Beschichtung deutlich günstiger gefertigt werden als Solarmodule. Klimov hält es für möglich, die Stromausbeute mit besseren Quantenpunkten auf etwa sechs Prozent steigern zu können. Dann könnten nach seiner Aussage viele herkömmliche Fensterscheiben mit den lichtaktiven Kunststofffilmen ausgestattet werden und wirtschaftlich Solarstrom erzeugen. In Zukunft wäre sogar vorstellbar, Privathäuser und Bürotürme mit solchen Solarfenstern auszustatten, damit diese Häuser zumindest einen Teil des benötigten Stroms selbst produzieren könnten.

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