Strom aus der Fassade: Ultradünne, transparente Perowskit-Zellen sollen Hochhausglas zur Energiequelle machen
Forscher:innen der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur haben Solarzellen entwickelt, die etwa 10.000-mal dünner als ein menschliches Haar sind und trotzdem Strom erzeugen. Das Material auf Perowskit-Basis lässt sich semitransparent fertigen, sodass Fensterscheiben, Glasfassaden oder Fahrzeugverglasungen künftig als Stromquelle dienen könnten, ohne ihr Erscheinungsbild wesentlich zu verändern.
Dünner als je zuvor
Perowskit-Solarzellen gelten bereits als günstige Alternative zu Silizium: Sie lassen sich bei niedrigen Temperaturen herstellen, kosten weniger in der Produktion und können selbst unter diffusem Licht Strom erzeugen. Das Singapurer Team unter Leitung von Annalisa Bruno ging noch einen Schritt weiter und reduzierte die lichtabsorbierende Schicht auf gerade einmal zehn Nanometer, rund 50-mal dünner als konventionelle Perowskit-Zellen. Selbst bei dieser Dicke arbeiteten die Zellen noch zuverlässig. Bei 30 Nanometern erreichten opake Versionen einen Wirkungsgrad von elf Prozent, bei 60 Nanometern zwölf Prozent. Eine semitransparente Variante mit ebenfalls 60-Nanometer-Schicht ließ 41 Prozent des sichtbaren Lichts durch und wandelte Sonnenlicht gleichzeitig mit 7,6 Prozent Effizienz in Strom um. Die Forschenden zählen das zu den besten bisher gemeldeten Werten für semitransparente Perowskit-Zellen vergleichbarer Bauart.
Vakuum statt Lösungsmittel
Für die Herstellung nutzte das Team thermische Verdampfung: In einer Vakuumkammer werden Ausgangsmaterialien erhitzt, bis sie verdampfen, und schlagen sich anschließend als hauchdünner Film auf einer Oberfläche nieder. Das Verfahren ist industrietauglich, vermeidet giftige Lösungsmittel und erzeugt gleichmäßigere Schichten als viele nasschemische Alternativen. Bruno: „Unsere Perowskit-Solarzellen lassen sich mit einfachen Prozessen bei relativ niedrigen Temperaturen herstellen. Sie können auf spezifische Wellenlängen abgestimmt werden, bleiben dabei transparent und könnten auf großen Flächen gefertigt werden.“ Die NTU-Gruppe geht davon aus, als erste überhaupt ultradünne Perowskit-Zellen vollständig mit vakuumbasierten Verfahren hergestellt zu haben, was den Weg zur Massenproduktion ebnen könnte.
Von der Fassade zum Straßennetz
Hochhäuser mit verglasten Außenwänden verbrauchen enorme Mengen Strom, ohne ihre Fläche bisher energetisch zu nutzen. Die NTU-Forscher:innen haben für Bürohochhäuser in Singapur grobe Schätzungen aufgestellt: Großflächige Glasfassaden könnten unter vergleichbaren Bedingungen potenziell mehrere hundert Megawattstunden Strom pro Jahr liefern, ungefähr so viel wie rund 100 Vierzimmer-Wohnungen verbrauchen. Studienerstautor Luke White sieht darin neue Möglichkeiten für nachhaltige Architektur: getönte Scheiben, die gleichzeitig Strom erzeugen. Sam Stranks von der University of Cambridge, der die Studie unabhängig kommentierte, lobte den Ansatz als vielversprechend, wies aber darauf hin, dass Langzeitstabilität und Großflächentauglichkeit noch unter Beweis gestellt werden müssten. Die NTU hat ein Patent über NTUitive angemeldet und verhandelt derzeit mit Industriepartnern über die weitere Entwicklung.
