Fenster als Solarkraftwerk

Ann Arbor (USA) - Organische Solarzellen wandeln viel weniger Sonnenlicht in elektrischen Strom als ausgereifte Solarzellen aus Silizium. Doch trotz geringerer Wirkungsgrade können sie einen wesentlichen Vorteil bieten: Transparenz. Nun entwickelten amerikanische Wissenschaftler eine durchsichtige Solarzelle, die fast die Hälfte des Sonnenlichts passieren lässt und gut acht Prozent in Strom umwandelt. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ berichten, eignen sich solche Solarzellen vor allem für die großen Fensterflächen von Bürohochhäusern.

Für ihre organischen Solarzellen suchten Stephen Forrest und seine Kollegen von der University of Michigan in Ann Arbor nach lichtaktiven, organischen Molekülen mit besonderen Anforderungen: Zum einen sollten sie – in einer knapp 100 Nanometer dünnen Schicht auf einen Glasträger deponiert – möglichst viel Licht im sichtbaren Spektralbereich hindurchlassen. Zum anderen galt es, vor allem den infraroten Anteil des Sonnenlichts zu absorbieren und für die Stromgewinnung zu nutzen. Diese Eigenschaften vereinte ein komplexes, organisches Molekül, das aus vier Thiophen- und zwei Cyclopentadien-Gruppen sowie einem Benzolring bestand.

Aus diesem Material fertigten die Forscher erste Solarzell-Prototypen, die mit ebenfalls transparenten und elektrisch leitfähigen Schichten aus Indiumzinnoxid als Elektroden ausgestattet wurden. Diese ließ 43,3 Prozent des Sonnenlichts passieren und wandelte 8,1 Prozent in elektrischen Strom um. Eine zweite Variante, die statt Indiumzinnoxid eine hauchdünne Silberschicht als Elektrode nutzte, erreichte sogar einen Wirkungsgrad von 10,8 bei einer Transparenz von 45,8 Prozent. Allerdings war diese Solarzelle schwach grünlich gefärbt.

„Fenster sind ideal für organische Solarzellen, die eine hohe Effizienz mit einer hohen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich kombinieren“, sagt Stephen Forrest. In einer Serienfertigung könnten sie sehr gut zwischen den Glasschichten einer Doppel- oder Dreifachverglasung integriert werden. Zuvor gilt es jedoch, in weiteren Versuchen eine hohe Lebensdauer der lichtaktiven, organischen Moleküle von mindestens zehn Jahren zu belegen. Gerade für Bürohochhäuser bieten sich solche Solarfenster an. Denn diese werden schon heute mit leicht eingefärbten Fenstern ausgestattet, um eine übermäßige Aufheizung der Innenräume zu vermeiden.