Warum sind Solarmodule blau?
Technisch gesehen sind Solarmodule nicht blau. Sie sehen für uns nur so aus. „Wenn wir Farbe sehen, so sehen wir eigentlich das Licht, das von einem bestimmten Werkstoff reflektiert wird“, erklärt Sarah McCormack, außerordentliche Professorin am Trinity College Dublin. Wie McCormack weiter erläutert, absorbiert eine Solarzelle eine Vielzahl unterschiedlicher Lichtwellenlängen, quasi einen Regenbogen aus verschiedenen Lichtfarben. Nicht absorbiertes Licht wird reflektiert, was das menschliche Auge als dunkles oder dunkelblaues Licht wahrnimmt. „Die meisten Solarmodule, die man auf einem Dach oder auf einem Feld sieht, bestehen aus Silizium“, fügt McCormack hinzu. „Es liegt in der Natur von Siliziumwafern, eine dunkelblaue oder marineblaue Farbe zu reflektieren.“ Silizium ist zwar hervorragend in der Lage, Licht aus einem großen Bereich von Wellenlängen zu absorbieren, doch ist es dabei nicht sehr effizient. Tatsächlich hat Silizium einen theoretischen Wirkungsgrad von nur etwa 30 %. „Mit anderen Worten: Silizium absorbiert das Licht sehr gut, wandelt es jedoch nicht so effizient in Strom um, wie wir das gerne hätten“, sagt McCormack.
Neue Werkstoffe für mehr Effizienz
Dennoch sind Solarmodule aus Silizium im Laufe der Zeit bedeutend effizienter geworden. Noch vor 10 Jahren waren Solarmodule blau und glänzend und vielleicht sogar ein wenig auffällig. Aber heute sind diese polykristallinen Module weitgehend durch monokristalline Module ersetzt worden. Monokristalline Solarzellen, die aus reinem Silizium bestehen, sind effizienter und leistungsfähiger als frühere Modelle. Trotzdem besteht noch Raum für Verbesserungen, weshalb Forschende wie McCormack über Silizium hinausblicken und diverse Werkstofftypen untersuchen, die den Wirkungsgrad erhöhen könnten. „Man kann Siliziumzellen nicht mit einem Wirkungsgrad von mehr als 30 % herstellen, aber man kann effizientere Werkstoffe entwickeln“, erklärt McCormack. Im Gegensatz zu Silizium, das Licht aus dem gesamten Lichtspektrum absorbiert, sind diese neuen Werkstoffe darauf ausgerichtet, eine bestimmte Farbe oder nur einen bestimmten Teil einer Wellenlänge zu absorbieren. „Nimmt man eine Zelle, die rotes Licht einfängt, eine andere, die grünes Licht einfängt, setzt sie dann zusammen, so erhält man theoretisch ein Modul, das in der Lage ist, das gesamte elektromagnetische Spektrum mit einem sehr hohen Wirkungsgrad zu absorbieren“, erläutert McCormack. Einer dieser Werkstoffe ist Perowskit, ein Material, das über die gleiche Kristallstruktur verfügt wie das Mineral Kalziumtitanat. Das EU-finanzierte Projekt PERTPV nutzt dieses Material, um eine neue Art von stapelbaren Solarmodulen zu konstruieren, die zu einem leistungsfähigeren, effizienteren und nachhaltigeren Solarmodul führen könnten. „Beim Einsatz der Perowskite als Absorbermaterial hat sich herausgestellt, dass mit ihnen hocheffiziente Zellen hergestellt werden können, die nahezu den Wirkungsgrad traditioneller Siliziumzellen erreichen“, erklärt Henry Snaith, Professor an der Universität Oxford, gegenüber CORDIS.
Keine Reflexion von Blauanteilen mehr
McCormack ihrerseits arbeitet an der Verbesserung der Effizienz von Solarzellen durch lumineszierende Beschichtungen. „Verschiedene lumineszierende Beschichtungen ermöglichen es uns, unterschiedliche Wellenlängen des Lichts einzufangen, was uns dabei helfen könnte, Solarmodule effizienter zu gestalten, insbesondere für den Einsatz bei bewölktem Himmel“, erklärt sie. Diese lumineszierenden Beschichtungen könnten auch den Weg zu verschiedenfarbigen Solarmodulen ebnen. „Um die Effizienz zu steigern, müssen wir eine größere Anzahl an Modulen verwenden, aber auf einem Dach ist nur eine begrenzte Menge Platz vorhanden“, fügt McCormack hinzu. „Ästhetisch ansprechende, verschiedenfarbige Module lassen sich leicht in Gebäudefassaden integrieren, wodurch sich die für die Installation von Solarmodulen verfügbare Fläche beträchtlich vergrößern lässt.“ Gelingt dies, so könnten die Tage der dunkelblauen Solarmodule gezählt sein. Stattdessen könnten die Solarmodule künftig genau so bunt sein wie die Wellenlängen des Lichts. Hier erfahren Sie mehr über die Forschung von Sarah McCormack: Farbenfrohe Fassaden für Solargebäude der Zukunft
Schlüsselbegriffe
PEDAL, Solarmodul, Lichtwellenlängen, Silizium, Elektrizität, polykristalline Module, monokristalline Module, Perowskit, PERTPV