KIT: Semitransparente Photovoltaik für verschiedene Anwendungen

Das Karlsruher-Institut für Technologie (KIT) will im Forschungsprojekt „SEMTRASOL“ organische Solarzellen mit präzise einstellbaren Absorptionseigenschaften und hohem Wirkungsgrad entwickeln. Ziel ist, semitransparente Photovoltaik-Anwendungen auf Glasflächen von Gebäuden, Gewächshäusern oder Fahrzeugen zu bringen und damit die nutzbaren Flächen für eine klimafreundliche Energieversorgung weiter zu erhöhen.

Die Karlsruher Forscher setzen dafür auf organische Solarzellen, die leicht, ungiftig, unabhängig von seltenen Rohstoffen sind und zudem preisgünstig sowie großflächig gedruckt werden können. Sie lassen sich zudem semitransparent herstellen, was neue Anwendungen ermöglicht. Nach Ansicht des KIT wird der Nutzen von organischen Solarzellen bisher weit unterschätzt. „So ist auch der große Durchbruch auf dem Markt bislang ausgeblieben“, erklärte Christian Sprau vom Lichttechnischen Institut des KIT. „Mit neuen Materialkonzepten und neuesten organischen Halbleitern gelingt es heute immer besser, die Absorptionseigenschaften organischer Solarzellen präzise zu steuern und einen hohen anwendungsspezifischen Wirkungsgrad zu erzielen“, erklärte er mit Blick auf das Forschungsprojekt weiter. Dadurch werde etwa hocheffiziente Photovoltaik auf Glasfronten denkbar, die nicht weiter ins Auge fällt.

Organische Solarzellen nutzen kohlenstoffbasierte Halbleiter, die sich typischerweise durch schmalbandige Absorptionsbereiche auszeichnen, wie das KIT weiter erklärt. Mit der Entwicklung neuartiger Akzeptoren könnten Wirkungsgrade von bis zu 20 Prozent erreicht werden. Akzeptoren sind die Elektronen aufnehmenden Moleküle in der lichtabsorbierenden Schicht in einer Solarzelle. Die Vielzahl dieser neuen Materialien und in Kombination mit einem gezielten Bauelementdesign sei es möglich, mit einer semitransparenten Solarzelle einstrahlendes Licht in genau definierten spektralen Bereichen zu absorbieren, wie die KIT-Forscher weiter. Damit ließen sich Flächen mehrfach nutzen. „In der Agrivoltaik beispielsweise müssen lediglich die zum Wachstum notwendigen Wellenlängen die Pflanzen erreichen, wohingegen sie vor anderen spektralen Anteilen des Lichts geschützt und so vor dem Austrocknen bewahrt werden können“, sagte Sprau. „Die Fensterfront eines Hochhauses wiederum muss nur das Licht passieren lassen, welches das menschliche Auge als Helligkeit wahrnimmt. In beiden Fällen lassen sich gleichzeitig mit den ungenutzten Anteilen des Sonnenlichts hohe Energieernten erzielen.“

Die technologischen Voraussetzungen seien also erfüllt. Im Projekt „SEMTRASOL“ sollen sie nun miteinander kombiniert und für die doppelte Flächennutzung für den Markt interessant gemacht werden. „Konkrete Ziele sind das Maßschneidern der Transparenz, eine druck- und skalierbare Bauelementarchitektur, die Verwendung neuester Materialien und eine umweltfreundliche Herstellung“, erklärte Sprau. „Trivial ist das nicht, aber ich bin davon überzeugt, dass semitransparente Solarzellen in nicht allzu ferner Zukunft ganz selbstverständlich zu unserem Alltag gehören werden.“