Physiker vom Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena haben waferbasierte Solarmodule in unterschiedlichen Farben hergestellt. Dabei ist es ihnen gelungen, den Wirkungsgrad der eigentlichen Solarzellen aufrecht zu erhalten. Damit würde sich für Architekten eine ganz neue Welt der Photovoltaik jenseits der Solarmodule im einheitlichen grau-blau oder schwarz auftun, um sie als gestalterisches Element in die Architektur zu integrieren.
Dicke und Brechzahl variieren
Bisher war die farbige Solarzelle vor allem eine Domäne der Dünnschicht- und organischen Photovoltaik. Jetzt werden auch farbige Siliziumwafer möglich, die sich besonders für die Installation an Hausfassaden und auf Dächern eignen. Die Forscher haben sich auf das Prinzip der SIS-Zelle gestützt. Dieses basiert auf einer Halbleiterschicht, auf die eine dünne Isolationsschicht aufgebracht wird. Auf dieser Isolationsschicht wird dann eine hauchdünne leitfähige Oxidschicht (transparent conductive oxid – TCO) aufgetragen, die dafür sorgt, dass möglichst viele Lichtteilchen in die darunter liegenden Halbleiterschichten gelangen. „Das TCO hat eine geringere Brechzahl als Silizium und wirkt daher als Entspiegelungsschicht“, erklärt Kevin Füchsel, Projektleiter am Fraunhofer IOF. „Die Farbe der Zellen erhalten wir dadurch, dass wir die physikalische Dicke des transparent leitfähigen Oxids variieren oder die Brechzahl verändern.“ Dabei verwenden die Physiker nicht das bisher gängige Indiumzinnoxid (ITO) sondern das wesentlich billigere Zinkoxid, dem Aluminium beigemischt wird. Um die Solarzellen zu einem Modul zusammenzuschalten, werden sie mit einem Laser verlötet. Außerdem wollen die Forscher im nächsten Schritt die leitfähige TCO-Schicht mittels Tintenstrahldruck auf dem Wafer kontaktieren. Das würde die Herstellung der Solarzellen weiter beschleunigen, was direkte Auswirkungen auf die Produktionskosten und damit den Verkaufspreis hätte.
Kaum Abstriche beim Wirkungsgrad
„Große Abstriche beim Wirkungsgrad farbiger Solarzellen mussten wir nicht machen. Die zusätzliche, transparente TCO-Schicht hat kaum Einfluss auf die Stromausbeute“, sagt Füchsel. Denn die Forscher haben in Simulationsversuchen Wirkungsgrade von bis zu 20 Prozent erreicht. Die Stromausbeute in der Praxis hängt allerdings stark vom gewünschten Design der späteren Module und der Gebäudeausrichtung ab. Nicht mit jedem Farbton lasse sich gleichviel Strom gewinnen, so die Forscher. Einschränkungen gebe es beispielsweise bei bestimmten Mischungen aus den Farben Rot, Blau und Grün. Von der gestalterischen Freiheit, die auf die Architekten zukommt, haben die Jenaer Forscher auch schon eine Vorstellung. Sowohl die mehrfarbige Gestaltung der Zellen, als auch die Integration von gestalterischen Elementen auf Solarzellen und Modulen wurden bereits patentrechtlich geschützt. Von der solaren Werbetafel bis hin zur Strom produzierenden farbigen Fassade reicht die Palette der Möglichkeiten. „Damit eröffnen sich vielseitige Möglichkeiten, ein Gebäude als Informationsträger mit Firmennamen oder künstlerischen Bildern einzusetzen“, betont Füchsel. (Sven Ullrich)
