Die Entwicklung durchsichtiger Solarzellen hat in den letzten Jahren einen bedeutenden Innovationsschub erfahren. Forscher und Unternehmen weltweit arbeiten daran, diese Technologie effizienter und vielseitiger einsetzbar zu machen, um die Stromerzeugung unauffällig in Alltagsobjekte und Gebäude zu integrieren. Besonders wichtig sind Fortschritte bei Materialien, Wirkungsgraden und ästhetischer Umsetzung. Die Integration in Fenster, Smartphones oder Fassadenfassaden könnte Städte und Alltagsleben grundlegend verändern und die Nutzung erneuerbarer Energien stark ausbauen.
Fortschritte bei Materialien und Wirkungsgrad durchsichtiger Solarzellen
Die Herstellung durchsichtiger Solarzellen unterscheidet sich grundlegend von herkömmlichen Modulen, da sie Licht nicht vollständig blockieren dürfen. Ein entscheidender Durchbruch gelang Forscherteams in Südkorea unter der Leitung von Professor Joondong Kim von der Incheon National University. Sie entwickelten einen transparenten Halbleiter aus Titanoxid und Nickeloxid, der nur UV-Licht absorbiert, während sichtbares Licht größtenteils ungehindert durchlässt. Diese Kombination ermöglicht durchsichtige Zellen, die auch bei schlechten Lichtverhältnissen funktionieren, ein wichtiger Vorteil im urbanen Alltag.
Mit einem bisher erreichten Wirkungsgrad von 2,1 % mag das zunächst unscheinbar erscheinen. Doch das Material ist ungiftig, kostengünstig und nachhaltig, was die weitere Forschungsperspektiven eröffnet. Titanoxid hat in der Solartechnik bereits gute elektrische Eigenschaften bewiesen, und in Kombination mit Nickeloxid entsteht ein Halbleiter, der den Grundstein für die nächste Generation durchsichtiger Solarzellen legen kann.
Andere Ansätze, etwa durch das amerikanische Start-up ubiquitous Energy, nutzen organische Salzmoleküle als Beschichtung und erreichen inzwischen etwa 10 % Wirkungsgrad. Dies zeigt, dass verschiedene Materialkombinationen unterschiedliche Vorteile bringen. Die Herausforderung bleibt, die Transparenz hoch und gleichzeitig die Effizienz auf einem marktgängigen Niveau zu halten.
- TiO2/NiO-Halbleiter bieten Umweltfreundlichkeit und UV-Absorption
- Organische Beschichtungen ermöglichen höhere Wirkungsgrade bei Lichtdurchlässigkeit
- Dünnschicht- und amorphe Siliziumvarianten bieten Leichtbau und Flexibilität
- Das asiatische und amerikanische Forschungsteam sorgen für vielfältige Lösungsansätze
| Material | Wirkungsgrad | Transparenz | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|---|
| Titanoxid/Nickeloxid | 2,1 % | Hoch (UV-Absorption) | Ungiftig, kostengünstig, stabil | Niedriger Wirkungsgrad |
| Organische Halbleiter (ubiquitous Energy) | ca. 10 % | Hoch | Flexibel, skalierbar | Relativ teuer, witterungsanfällig |
| Dünnschicht-Silizium | 10-13 % | Moderat | Leicht, biegsam | Geringere Effizienz als kristallines Silizium |
| Monokristallines Silizium (herkömmlich) | 18-25 % | Gering | Hohe Effizienz | Undurchsichtig |
Innovative Einsatzmöglichkeiten durchsichtiger Solarmodule im Alltag und Architektur
Transparente Solarzellen eröffnen völlig neue Einsatzfelder jenseits der bekannten Dach- und Freiflächenanlagen. Neben der Integration in Fenster von Gebäuden können sie Displays von Smartphones, Uhren und anderen tragbaren Geräten mit Strom versorgen. Dieses Szenario verfolgt auch das koreanische Forschungsteam um Professor Kim, das bereits einen kleinen Motor über ihre Zellen antreiben konnte.
Im urbanen Raum bietet sich auch der großflächige Einsatz in Glasfassaden an. Studien aus den USA haben berechnet, dass allein durch Solarfassaden in den USA bis zu 40 % des Strombedarfs gedeckt werden könnten, wenn über sieben Milliarden Quadratmeter Glasflächen genutzt würden. Wird die Photovoltaik noch mit Energiespeichern kombiniert, wären sogar 100 % der Energieversorgung möglich.
Vorteile und typische Anwendungsgebiete von durchsichtigen Solarmodulen:
- Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV/GIPV) – Stromerzeugung ohne optische Beeinträchtigung
- Smartphones und Wearables – Autarke Energieversorgung im mobilen Bereich
- Terrassendächer und Wintergärten – Halbschatten und saubere Energie
- Carports und Parkplatzüberdachungen – Doppelte Nutzung von Flächen für Schatten und Strom
- Gewächshäuser – Kombinierte Lichtnutzung und Energieerzeugung
Unternehmen wie Schüco und Solarwatt treiben diese Integration voran. Solarwatt beispielsweise bietet semi-transparente Module mit 20 % Lichtdurchlässigkeit an, die eine ästhetische Stromerzeugung in Häuserfassaden ermöglichen. Die Fraunhofer ISE und das Helmholtz-Zentrum Berlin forschen an weiteren Effizienzsteigerungen und der Materialoptimierung.
Technologische Bauarten durchsichtiger Solarmodule und Marktübersicht
Durchsichtige Solarzellen basieren auf verschiedenen Technologien, die unterschiedliche Vorteile in Bauweise und Einsatzmöglichkeiten bieten. Die wichtigsten Typen umfassen:
- Glas-Glas-Module: Bei dieser Variante werden beidseitig Glasplatten verwendet, die sehr langlebig und widerstandsfähig sind. Sie kommen vor allem bei Fassadenanwendungen zum Einsatz.
- Glas-Folie-Module: Diese Bauform nutzt ein Glas als Oberseite, während die Rückseite aus einer Kunststofffolie besteht. Diese Module sind kostengünstiger, aber weniger langlebig.
- Dickschicht-Solarzellen: Kristallines Silizium wird eingesetzt, was höhere Wirkungsgrade bietet, jedoch die Transparenz einschränkt.
- Dünnschicht-Solarzellen: Aus amorphem Silizium oder weiteren Halbleitermaterialien wie CIGS oder CdTe gefertigt. Sie sind leichter und flexibler, können bifazial Strahlung nutzen und eignen sich gut für lichtdurchlässige Anwendungen.
- Farbige Grätzel-Zellen (Farbstoffsolarzellen): Diese bieten durch metallorganische Komplexe verschiedenste Farben und Transparenzgrade und ahmen die Fotosynthese nach. Sie können auf Glas oder Folien eingesetzt werden und bieten gestalterische Freiheit.
Diese Vielfalt wird von Unternehmen wie Heliatek und OLEDWorks durch neue organische und Dünnschichtlösungen ergänzt. Singulus Technologies ist ein wichtiger Anbieter für Fertigungstechnologien, die den Ausbau transparenten Solarmodulevorantreiben.
| Technologie | Material | Eigenschaften | Vorteile | Einsatzbereich |
|---|---|---|---|---|
| Glas-Glas-Modul | Glas | Sehr langlebig, stabil | Robust, geeignet für Fassaden | Gebäudeintegration |
| Glas-Folie-Modul | Glas/Kunststoff | Kostengünstig, leichter | Flexibler, günstiger | Privatbereich, Carports |
| Dickschicht | Kristallines Silizium | Hohe Effizienz | Solide Leistung | Dach, Fassade |
| Dünnschicht | Amorphes Silizium, CIGS, CdTe | Leicht, flexibel, bifazial | Gute Lichtdurchlässigkeit | Terrassen, Gewächshaus |
| Farbstoffsolarzellen | Metallorganische Komplexe | Farbig, transparent | Designfreiheit | Fassaden, Kunstobjekte |
Die Preise für transparente Solarmodule liegen meist zwischen 150 und 650 Euro pro Modul, abhängig von Größe, Technologie und Hersteller. Die Kosten sind aktuell noch höher als für standardisierte, undurchsichtige Module, was auch auf den höheren Aufwand bei der Herstellung zurückzuführen ist. Trotzdem wird mit zunehmender Nachfrage und Entwicklung ein Preisrückgang erwartet.
Herausforderungen bei der Markteinführung und Integration in Bauwesen
Trotz der faszinierenden Potenziale stehen durchsichtige Solarzellen vor einigen Hürden, die eine breite Marktdurchdringung verzögern:
- Effizienz vs. Transparenz: Je höher die Transparenz, desto geringer in der Regel der Wirkungsgrad. Dies ist ein zentrales Problem, das die Forscher weiterhin beschäftigt.
- Herstellungskosten: Transparente Module sind aufwendiger in der Fertigung und damit teurer als konventionelle Solarzellen.
- Fensterhersteller und Zulassungen: Die Integration von Solarzellen in Fensterglas verändert die Herstellprozesse und erfordert neue Prüf- und Zulassungsverfahren, was die Markteinführung erschwert.
- Ästhetische Akzeptanz: Obwohl viele Nutzer das Design begrüßen, gibt es nach wie vor Skepsis speziell bei architektonischen Anwendungen.
Firmen wie Covestro entwickeln gleichzeitig neue Polymermaterialien und Beschichtungen, um die Haltbarkeit und Effizienz der Module zu verbessern. Sunpartner Technologies arbeitet an innovativen Lösungen, die auch die Kompatibilität mit Smartphones und mobilen Geräten erhöhen sollen.
Die Forschungseinrichtungen Fraunhofer ISE und das Helmholtz-Zentrum Berlin treiben die Entwicklung mit interdisziplinären Projekten voran, fokussieren sich dabei auf optimierte Materialien, Energie-Management-Systeme und Skalierbarkeit.
Wirtschaftliche Chancen und zukünftige Perspektiven transparenter Solarzellen
Insgesamt eröffnen durchsichtige Solarzellen eine Vielzahl von wirtschaftlichen Möglichkeiten, vor allem in der Bauwirtschaft und der Elektronikbranche. Die Fähigkeit, Strom quasi unsichtbar zu erzeugen, verändert den Markt für erneuerbare Energien grundlegend. Dabei können folgende Chancen hervorgehoben werden:
- Steigerung der Fläche für Solarstromerzeugung ohne zusätzlichen Flächenverbrauch
- Integration in Design und Architektur ohne ästhetische Einschränkungen
- Selbstversorgung in mobilen Geräten, z.B. Smartphones oder Wearables
- Reduktion der CO2-Emissionen durch dezentrale Energieproduktion in Städten
- Neue Geschäftsfelder für Hersteller von Fenstern, Solarmodulen und Elektronik
Unternehmen wie Solarwatt und Schüco bieten heute bereits semi-transparente Module mit integrativen Designs an, um Marktbedürfnisse zu bedienen. Innovativ sind auch kombinierte Lösungen mit OLED-Technologien, an denen OLEDWorks forscht, um smarte Oberflächen mit Licht- und Energieerzeugung zu verbinden.
Marktanalysen prognostizieren ein dynamisches Wachstum transparenten Photovoltaikmarktes in den kommenden Jahren, da technologische Hürden schrittweise überwunden werden. Die Zusammenarbeit von Forschungszentren, Herstellern wie Singulus Technologies und innovativen Start-ups schafft Entwicklungsimpulse, die bereits 2025 spürbar werden.
Übersicht: Durchsichtige Solarzellen
Materialien
Wirkungsgrade (%)
Bisherige Effizienz und steigende Tendenz
Hauptanwendungen
Herausforderungen
Wichtige Unternehmen
Häufig gestellte Fragen zu durchsichtigen Solarzellen
Wie transparent sind durchsichtige Solarzellen tatsächlich?
Die meisten durchsichtigen Solarzellen sind semitransparent, was bedeutet, dass sie noch einen gewissen Teil des Lichts blockieren. Je nach Material und Aufbau liegt die Lichtdurchlässigkeit zwischen etwa 20 % und 80 %.
Können durchsichtige Solarzellen herkömmliche Module in Effizienz ersetzen?
Derzeit erreichen transparente Solarzellen nur etwa 10–50 % der Effizienz von klassischen monokristallinen Modulen. Deshalb werden sie vor allem als Ergänzung oder in speziellen Anwendungen eingesetzt.
Wie lange halten solche Solarmodule im Betrieb?
Dank robuster Materialien und Schutzschichten haben viele transparente Solarmodule eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren, vergleichbar mit Standardmodulen.
Sind transparente Solarzellen umweltfreundlich?
Viele der entwickelten Materialien, wie Titanoxid und Nickeloxid, sind ungiftig und recycelbar. Zudem reduziert die Integration in bestehende Strukturen den Flächenverbrauch, was die Umweltbelastung verringert.
Wo kann ich transparente Solarmodule kaufen?
Hersteller wie Solarwatt, Schüco oder Heliatek bieten mittlerweile verschiedene Module für private und gewerbliche Anwendungen an. Es lohnt sich, die Angebote hinsichtlich Qualität, Preis und Einsatzgebiet zu vergleichen.
