Solarzellen dünner als ein Haar sollen Stadtfenster zu Kraftwerken machen

Wer in einer Großstadt Solarenergie ernten will, steht vor einem alten Problem: Wo sollen die Panels hin? Dächer sind knapp, Fassaden hässlich, und freie Flächen gibt es im Stadtinneren kaum. Forschende der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur haben jetzt eine mögliche Antwort entwickelt, die buchstäblich unsichtbar ist.

Hauchdünne Schicht legt sich unsichtbar auf Glas

Das Team um Assoziierte Professorin Annalisa Bruno hat Solarzellen aus Perowskit gebaut, die gerade einmal zehn Nanometer dünn sind. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist ungefähr 80.000 bis 100.000 Nanometer dick. Diese neuen Zellen sind damit rund 50-mal dünner als herkömmliche Perowskit-Solarzellen und praktisch unsichtbar auf einer Glasscheibe.

Trotz ihrer extremen Dünnheit erzielen die Zellen beachtliche Wirkungsgrade. Undurchsichtige Varianten mit zehn, 30 und 60 Nanometer dicken Absorberschichten kamen auf etwa sieben, elf und zwölf Prozent. Eine halbtransparente Version mit 60-Nanometer-Schicht ließ noch rund 41 Prozent des sichtbaren Lichts passieren und wandelte dabei 7,6 Prozent der Sonnenenergie in Strom um. Konventionelle Solarpanels schaffen über 20 Prozent, aber der Vergleich hinkt: Die NTU-Zellen sind gewichtslos für die Fassade, brauchen keinen Rahmen und verändern das Erscheinungsbild eines Gebäudes kaum.

Farbneutral und fensterkompatibel

Perowskit-Solarzellen sind seit Jahren ein heißes Forschungsthema, weil sie günstig herzustellen sind und auch bei diffusem Licht funktionieren. Letzteres ist entscheidend für Hochhausfassaden, die oft im Schatten benachbarter Gebäude liegen oder bei bewölktem Himmel kaum direktes Sonnenlicht bekommen.

Die neuen Zellen sind nach Angaben der Forschenden farbneutral, was bedeutet, dass sie Fenster nicht sichtbar tönen. Wie stark sie Licht durchlassen, lässt sich während der Produktion über die Schichtdicke einstellen. So könnten Architekt:innen und Bauherren künftig den Grad der Transparenz je nach Einsatzort wählen.

Ein Produktionsverfahren, das skaliert

Ein besonderer Kniff liegt im Herstellungsverfahren. Die Singapurer Forschungsgruppe nutzte thermische Verdampfung: Materialien werden in einer Vakuumkammer erhitzt, verdampfen und setzen sich gleichmäßig als hauchdünner Film auf einer Fläche ab. Dieses Verfahren ist in der Halbleiter- und Displayindustrie seit Jahren erprobt und kommt ohne giftige Lösungsmittel aus. Nach Einschätzung des Teams ist es das erste Mal, dass ultradünne Perowskit-Solarzellen vollständig in einem vakuumbasierten Prozess gefertigt wurden.

Das ist wichtig, weil Laborergebnisse oft scheitern, wenn es an die Massenproduktion geht. Ein Verfahren, das bereits in industriellen Fertigungslinien läuft, hat eine realistischere Chance auf den Sprung in die Praxis.

Stadttürme als Kraftwerke

Die potenziellen Anwendungen gehen über Fenster hinaus. Das NTU-Team nennt Fahrzeugscheiben, Panoramadächer, Smartglasses und Wearables als denkbare Einsatzfelder. Wenn sich die Technologie bewährt, könnten selbst Brillengläser tagsüber die eigene Elektronik speisen.

Für ein großes Bürohochhaus mit Glasfassade schätzen die Forschenden, dass eine solche Beschichtung jährlich mehrere Hundert Megawattstunden Strom erzeugen könnte, genug für einen dreistelligen Haushaltsbedarf.

Allerdings bleiben Fragen offen. Perowskit-Solarzellen gelten als anfällig für Feuchtigkeit, Hitze und UV-Strahlung über lange Zeiträume. Sam Stranks von der Universität Cambridge, der nicht an der Studie beteiligt war, lobte den Ansatz, mahnte aber, dass Langzeitstabilität und Großflächentauglichkeit noch unter Beweis gestellt werden müssen.

Die NTU hat für die Technologie bereits ein Patent beantragt und befindet sich nach eigenen Angaben in Gesprächen mit Industriepartnern. Bis Fenster tatsächlich Strom liefern, dürfte es noch einige Jahre dauern. Aber der Ansatz zeigt, wie viel ungenutzte Energie bereits auf der Oberfläche von Städten wartet.

via Nanjang Technological University Singapur