Im August 2014 haben Forscher der Michigan State University einen vollständig transparenten Solarkonzentrator entwickelt, der jedes Fenster oder jede Glasscheibe (z. B. den Bildschirm Ihres Smartphones) in eine photovoltaische Solarzelle verwandeln könnte. Im Gegensatz zu anderen „transparenten“ Solarzellen, über die wir in der Vergangenheit berichtet haben, ist diese Zelle wirklich transparent, wie Sie auf den Fotos in diesem Artikel sehen können. Laut Richard Lunt, der die Forschung damals leitete, war das Team zuversichtlich, dass die transparenten Solarzellen in einer Vielzahl von Umgebungen effizient eingesetzt werden können, von „hohen Gebäuden mit vielen Fenstern oder jeder Art von mobilen Geräten, die eine hohe ästhetische Qualität erfordern, wie Telefone oder E-Reader.“
Jetzt ist Ubiquitous Energy, ein MIT-Startup, über das wir erstmals 2013 berichteten, der Markteinführung seiner transparenten Solarzellen näher gekommen. Lunt ist Mitbegründer des Unternehmens und bleibt Assistenzprofessor für Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften an der Michigan State University. Im Wesentlichen geht es darum, die Komponenten nicht zu verkleinern, sondern die Art und Weise zu ändern, wie die Zelle Licht absorbiert. Die Zelle nimmt selektiv den Teil des Sonnenspektrums auf, den wir mit dem Auge nicht sehen können, während sie normales sichtbares Licht durchlässt.
Wissenschaftlich gesehen ist ein transparentes Solarmodul so etwas wie ein Widerspruch in sich. Solarzellen, insbesondere die photovoltaischen, erzeugen Energie, indem sie Photonen (Sonnenlicht) absorbieren und in Elektronen (Strom) umwandeln. Wenn ein Material jedoch transparent ist, bedeutet das per Definition, dass das gesamte Licht durch das Medium hindurchgeht und auf die Rückseite des Auges trifft. Aus diesem Grund waren bisherige transparente Solarzellen nur teilweise transparent – und zu allem Überfluss warfen sie meist auch noch einen bunten Schatten.
Die organischen Salze absorbieren UV und Infrarot und emittieren Infrarot – Prozesse, die außerhalb des sichtbaren Spektrums stattfinden, so dass es transparent erscheint.
Um diese Einschränkung zu umgehen, verwenden die Forscher der Michigan State University eine etwas andere Technik zum Einfangen des Sonnenlichts. Anstatt zu versuchen, eine transparente photovoltaische Zelle herzustellen (was nahezu unmöglich ist), verwenden sie einen transparenten lumineszierenden Solarkonzentrator (TLSC). Der TLSC besteht aus organischen Salzen, die bestimmte, nicht sichtbare Wellenlängen des ultravioletten und infraroten Lichts absorbieren und dann in einer anderen (ebenfalls nicht sichtbaren) Wellenlänge des Infrarotlichts lumineszieren (leuchten). Dieses emittierte Infrarotlicht wird an den Rand des Kunststoffs geleitet, wo dünne Streifen herkömmlicher photovoltaischer Solarzellen es in Strom umwandeln.
Wenn man genau hinsieht, kann man ein paar schwarze Streifen entlang der Kanten des Kunststoffblocks erkennen. Ansonsten ist das aktive organische Material – und damit der Großteil des Solarmoduls – jedoch hochtransparent. (Lesen Sie: Solare Singulett-Spaltung biegt die Gesetze der Physik, um den Wirkungsgrad der Solarenergie um 30 % zu erhöhen.)
Der Prototyp des TLSC hat derzeit einen Wirkungsgrad von etwa 1 %, aber man geht davon aus, dass 10& möglich sein sollten, sobald die Produktion beginnt. Nicht-transparente Lumineszenz-Konzentratoren (die den Raum in farbiges Licht tauchen) erreichen maximal etwa 7 %. Für sich genommen sind das keine großen Zahlen, aber in größerem Maßstab – jedes Fenster in einem Haus oder Bürogebäude – summieren sich die Zahlen schnell. Und obwohl es sich wahrscheinlich nicht um eine Technologie handelt, mit der Sie Ihr Smartphone oder Tablet unbegrenzt laufen lassen können, könnte der Austausch des Displays Ihres Geräts durch ein TLSC Ihnen mit einer einzigen Akkuladung ein paar Minuten oder Stunden mehr Nutzungszeit verschaffen.
„Es gibt viele Möglichkeiten, Solarenergie auf nicht-intrusive Weise zu nutzen“, sagte Lunt in einem Interview mit dem Blog Today der Michigan State University. „Es kann auf hohen Gebäuden mit vielen Fenstern oder auf jeder Art von mobilem Gerät eingesetzt werden, das eine hohe ästhetische Qualität erfordert, wie ein Telefon oder ein E-Reader. Die Forscher – und Ubiquitous Energy – sind zuversichtlich, dass die Technologie von großen industriellen und kommerziellen Anwendungen bis hin zu Verbrauchergeräten skaliert werden kann und dabei erschwinglich bleibt. Bislang ist eines der größten Hindernisse für die großflächige Einführung von Solarenergie die aufdringliche und hässliche Natur von Solarzellen – wenn wir große Mengen an Solarenergie aus Glas- und Kunststoffplatten erzeugen können, die wie normale Glas- und Kunststoffplatten aussehen, wäre das natürlich unglaublich.
Weitere Informationen finden Sie unter Wie funktionieren Solarzellen?
Sebastian Anthony hat die ursprüngliche Version dieses Artikels verfasst. Er wurde inzwischen mit neuen Informationen aktualisiert.