Solarmodule in Marmoroptik

Perowskit-Solarzellen zeigen schon jetzt im Labor Wirkungsgrade von über 25 Prozent – und das bei kosten­günstigeren Ausgangs­stoffen und einfacheren Herstellungs­methoden als die ähnlich effizienten Silizium-Solarzellen. Noch gilt das 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“, so Ulrich Paetzold vom Institut für Mikro­struktur­technik des Karlsruher Instituts für Technologie. Nur so könne die Technologie jedoch zur Entwicklung von kosten­effizienten Solar­modulen führen. Die Perspektive sei attraktiv, denn eben solche könnten massenhaft in 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, mit der die Perowskit-Solarmodule eingefärbt werden kann. Ihr Vorteil: Die Färbung der Module per Tinten­strahl­druck ist kosten­günstig und auch für größere Flächen geeignet.

Der gewählte Ansatz hat einen weiteren erheblichen Vorteil. „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 Helge Eggers vom KIT. „Bei unserer Methode ist die verwendete Farbe dagegen fast gar nicht vom Einfall­winkel des Sonnenlichts abhängig, sondern sieht immer gleich aus“, ergänzt Eggers. In einer groß angelegten Experiment­reihe konnten die Forscher 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 sechzig Prozent der ursprüng­lichen Effizienz beim Umwandeln von Solar­energie in Strom.

Die Methode hat außerdem einen weiteren Vorteil: Durch die Tinten­strahl­druck­technik können diese Farben gemischt werden. Damit ist nicht nur ein weites Farb­spektrum möglich, sondern auch der Druck komplexer Farbmuster. Die Forscher 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 Prozent erreichen. „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 Prozent ist da enorm.“

KIT / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  H. Eggers et al.: Perovskite Solar Cells with Vivid, Angle-Invariant, and Customizable Inkjet-Printed Colorization for Building-Integrated Photovoltaics, Solar RRL 2022, 2100897 (2022); DOI: 10.1002/solr.202100897
• Next Generation Photovoltaics (U. Paetzold), Institut für Mikrostrukturtechnik, Karlsruher Institut für Technologie
• Sunovation Produktion GmbH, Elsenfeld