Farbige Solarmodule für breitere Akzeptanz

Ein Forschungsteam am KIT hat gemeinsam mit der Firma Sunovation Perowskit-Solarmodule in Marmoroptik entwickelt.

Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT

Studien zufolge könnte neben den hohen Anschaffungskosten die mangelnde Ästhetik von Photovoltaik-Anlagen ein Grund dafür sein, weshalb der Anteil an Solarinstallationen in privaten Haushalten bisher sehr gering ist. In Karlsruhe beschäftigt man sich deshalb intensiv mit der Optik von Solarzellen – und Möglichkeiten diese zu individualisieren. Forschende des KIT haben farbige Solarzellen aus günstigem Perowskit-Halbleitermaterial entwickelt, die auf lange Sicht in Gebäudefassaden oder Dächern integriert werden können. Dabei imitieren sie die Optik bekannter Baumaterialien.

Perowskit-Solarzellen: Mit Tintenstrahldruck zu neuer Optik

Perowskit-Solarzellen zeigen im Labor derzeit bereits Wirkungsgrade von über 25 % – und das bei kostengünstigeren Ausgangsstoffen und einfacheren Herstellungsmethoden als die ähnlich effizienten Silizium-Solarzellen (die HLH berichtete). Noch gilt dies allerdings nur im Kleinen: „Eine zentrale Hürde für den Markteintritt der Technologie ist es, neben der Stabilität, den auf kleinen Flächen erzielten hohen Wirkungsgrad auf große Flächen zu übertragen“, erläutert Tenure-Track-Professor Ulrich W. Paetzold vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT. Nur bei erfolgreicher Skalierung könne die Technologie jedoch zur Entwicklung von kosteneffizienten Solarmodulen beitragen. Die Perspektive sei in jedem Fall attraktiv: Die Perowskit-Solarzellen könnten in großer Stückzahl in bisher noch ungenutzte Gebäudeteile wie zum Beispiel Fassaden integriert werden. Weil für eine solche Nutzung neben Kosten und Wirkungsgrad insbesondere auch die Ästhetik eine wichtige Rolle spielt, untersuchte das Forschungsteam um Paetzold zusammen mit dem Industriepartner Sunovation eine Tintenstrahldruck-Methode, um Solarmodule einzufärben.

Solarzellen in der Optik der Fassade

Die Technik biete direkt mehrere Vorteile, so das Forscherteam. Eine Einfärbung per Tintenstrahldruck ist kostengünstig und für größere Flächen geeignet. Ein weiterer Vorzug: „Bisher war bei der Herstellung von farbigen Perowskit-Solarzellen der farbliche Eindruck der Solarzelle für den Betrachter stark vom Winkel des einfallenden Lichts abhängig“, erklärt Projektkoordinator Helge Eggers vom IMT. „Bei unserer Methode ist die verwendete Farbe dagegen fast gar nicht vom Einfallwinkel des Sonnenlichts abhängig, sondern sieht immer gleich aus“, so Eggers. In einer groß angelegten Experimentreihe konnten die Forschenden belegen, dass diese ursprünglich für Solarmodule aus Silizium entwickelte Methode auch bei Perowskit-Solarmodulen effizient anwendbar ist. Die in den Basisfarben Cyan, Magenta und Gelb kolorierten Solarzellen zeigten bis zu 60 % der ursprünglichen Effizienz beim Umwandeln von Solarenergie in Strom.

Durch den Tintenstrahldruck können die Farben zudem gemischt werden. Damit ist nicht nur ein weites Farbspektrum möglich, sondern auch der Druck komplexer Farbmuster. Die Forschenden nutzten dies, um Solarmodule in der Optik von verschiedenen Baumaterialien herzustellen. Besonders effizient zeigten sich Perowskit-Solarmodule in weißer Marmoroptik. Hier konnte das Team Wirkungsgrade von bis zu 14 % erreichen. Das klingt zunächst nach einem nur geringen Effekt, aber: „Das Ziel von gebäudeintegrierter Photovoltaik ist es, photovoltaische System nicht auf Dächer oder Fassaden zu montieren, sondern diese durch Module zu ersetzen und damit zusätzliche Kosten zu vermeiden“, sagt Eggers. „Für in gebäudeintegrierte Photovoltaik gilt: Eine integrierte Solarzelle mit geringer Effizienz ist besser als eine Wand, die gar keinen Strom liefert. Ein Wirkungsgrad von 14 % ist da enorm.“

Zahl der Solaranlagen in 2021 deutlich gestiegen

In Deutschland wurden nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW) im vergangenen Jahr rund 240.000 Solarstromanlagen mit einer Gesamtleistung von 5,3 Gigawatt neu installiert. Zum Vergleich: 2020 wurden der Bundesnetzagentur 184.000 Photovoltaik-Systeme mit einer Gesamtleistung von 4,8 Gigawatt neu gemeldet. Rund zehn Prozent des heimischen Stromverbrauchs werden inzwischen aus Photovoltaikanlagen gedeckt. Nach den Klimaschutz-Vorhaben der Bundesregierung soll die jährlich neu installierte Photovoltaik-Leistung zeitnah verdreifacht werden. Allerdings ging die neu installierte Photovoltaik-Leistung bei Gewerbedächern im vergangenen Jahr teils deutlich zurück. Dafür stieg die Nachfrage nach Solarstromanlagen bei ebenerdig errichteten Solarparks und im Eigenheimsektor kräftig. Ein Trend, der sich fortsetzen könnte: Nach den Ergebnissen einer aktuellen Umfrage steht Deutschland in den kommenden drei Jahren ein Solar-Boom bevor (den ausführlichen Bericht dazu finden Sie hier).

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