Solarfenster nutzt Sonnenlicht von außen und Kunstlicht von innen

Ein Forscherteam des University College London (UCL) hat einen Prototyp einer halbtransparenten Solarzelle entwickelt, die auf Fensterplatten aufgebracht werden kann, so dass sowohl Sonnenlicht, das von außen hereinkommt, als auch künstliches Licht innerhalb von Häusern gesammelt werden kann. Die Innovation zielt darauf ab, auch an bewölkten Tagen und während der Nacht, wenn Innenbeleuchtung verwendet wird, Energie zu erfassen. Dieser Durchbruch könnte die Energieerzeugung von Gebäuden verändern und zuvor ungenutzte Glasoberflächen zu potenziellen Energiequellen machen.

Es beschreibt einen halbtransparenten Prototyp eines auf Perowskit basierenden Solarmoduls, der für die Montage an Fenstern entwickelt wurde. Seine begrenzte Transparenz erlaubt ihm, sichtbar zu bleiben, während er immer noch Licht einfängt, wodurch Innenräume teilweise vor direktem Sonnenlicht abgeschirmt werden. Diese Doppelfunktion trägt dazu bei, den Bedarf an Klimaanlage zu reduzieren und somit Energie zu sparen. Der Prototyp misst nur 30 x 30 Zentimeter. Die Forscher verwendeten Computermodelle, um die optimale Anordnung und Dicke jeder Schicht innerhalb des Solarmoduls zu bestimmen und ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Transparenz und Effizienz zu gewährleisten.

Durch die Feinabstimmung dieser Parameter erreichten sie einen Kompromiss, der die Sichtbarkeit beibehält und gleichzeitig die Energieumwandlung maximiert. Statt Silizium, das in traditionellen Solarzellen üblich ist, entschieden sich die Forscher für Perowskite. Diese Materialien können so angepasst werden, dass sie spezifische Wellenlängen künstlichen Lichts besser absorbieren und ihre Fähigkeit zur Energieumwandlung verbessern. Die resultierende Perowskite-Schicht ist bemerkenswert dünn, nur 185 Nanometer dick. Das ist etwa 500 Mal dünner als ein menschliches Haar. Im Vergleich dazu haben herkömmliche Perowskite-basierte Solarzellen typischerweise Schichten, die etwa drei- bis viermal dicker sind.

Um die Effizienz des Solarmoduls zu verbessern, fügten die Wissenschaftler das Molekül 3-Trifluormethyl-1H-1,2,4-Triazol hinzu. Diese Verbindung stabilisiert die Kristallstruktur des Perowskits, verhindert einen schnellen Abbau und hält die Leistung des Moduls im Laufe der Zeit aufrecht. Zusätzlich reduziert das Molekül Defekte im Perowskit-Material, sogenannte Fallen, die dazu führen, dass Elektronen gefangen werden und Energie verlieren. Diese Verbesserung führt zu einer verbesserten Gesamteffizienz.

Dieses Design ermöglicht es dem Licht, durch die Goldschicht zu gelangen, da die Molybdän-Oxid-Schichten die Reflexion einschränken. Traditionelle Perowskit-Module verwenden eine einzige Goldschicht, wodurch sie undurchsichtig werden. Während das neue Modul nicht vollständig transparent ist, lässt es etwa 30 Prozent des Lichts durch, verglichen mit 80 bis 90 Prozent für Standardglas. Das Modul zeigte beeindruckende Leistung, indem es 22 Prozent des Innenraumlichts bei 1000 Lux und 14 Prozent des Sonnenlichts in Elektrizität umwandelte.

Während dieser Zeit behielt das Modul 80 Prozent seiner ursprünglichen Effizienz, was darauf hindeutet, dass es für den langfristigen Einsatz ausreichend stabil ist.