Farben unter Spannung

Gebäude - Fassadenelemente mit Farbstoffsolarzellen stehen auf der Schwelle zur Massenproduktion. Wie lange sie unter Witterungseinfluss halten, ist noch unklar.

25. Mai 2010

Der Stahlproduzent Corus plant, im Sommer mit Farbstoffsolarzellen beschichtete Module zu testen. Die dunkelrot besprühten Dachelemente sollen auf Industriehallen installiert werden und unter Einfluss von Wetter und mit Hilfe der Sonne Strom aus Licht erzeugen. Sollten sich die Solarzellen als haltbar erweisen, eröffnet sich eine neue Alternative, Energie zu gewinnen.

Michael Grätzel, Professor an der schweizerischen Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), hat Ende der 80er-Jahre das Grundprinzip der Farbstoffsolarzellen entwickelt. Ein Farbstoff in den Solarzellen absorbiert das Licht, ähnlich wie bei der Photosynthese, die in Pflanzenzellen abläuft. Über eine Lizenz des Grätzel-Patents der EPFL verfügen die Unternehmen Dyesol, G24 Innovations in Wales, die schweizerische Solaronix und die japanische Aisin Seiki.

Eine Farbstoffsolarzelle besteht aus zwei Elektroden in Form von beschichtetem Metall, Kunststoff oder Glas, die wie ein Sandwich den Inhalt umschließen. Auf die Innenseite der Arbeitselektrode werden Nanopartikel von Titandioxidpaste aufgetragen. Unter hohem Druck wird Farbstoff injiziert, der sich monomolekular in die poröse Schicht des Titandioxids setzt, dazu kommt eine jodhaltige Elektrolytflüssigkeit.

Gegenüber multikristallinen Siliziumzellen mit einer Effizienz von rund 20% erreichen Farbstoffsolarzellen vergleichsweise geringere Werte von bis zu 11% in Modulen circa 5%. Aber die Vorteile der Zellen erscheinen vielversprechend. Sie können einfacher und kostengünstiger als Siliziumzellen produziert werden. Außerdem sinkt die Effizienz bei steigender Temperatur nicht, sondern steigt sogar etwas an.

Auch für Klimaanlage

Eine für den Alltagsgebrauch geeignete Lösung bietet das britische Unternehmen G24 Innovations mit flexiblen Farbstoffsolarzellen. Es beliefert seit Herbst letzten Jahres die in Hongkong ansässige Mascotte Industrials Associates. Dieses Unternehmen hat nun eine Palette von Taschen im Angebot, auf die sie das Solarmaterial appliziert.

Eine Golftasche kann etwa draußen aber auch drinnen Strom erzeugen, der zum Aufladen von einem Handy verwendet wird. Besonders attraktiv ist dieses in Gebieten ohne Stromnetz. So können solartechnisch ausgerüstete Wanderer kleine Elektrogeräte mit Energie speisen.

Ein größeres Anwendungsgebiet liegt im Gebäudebereich, wie Claus Lang-Koetz, Teamleiter für Innovative Technologien am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) in Stuttgart erklärt: »Farbstoffsolarzellen sind besonders für die Fassadenintegration geeignet. Die Zellen können gegenüber herkömmlichem Photovoltaikmaterial farbig und transparent sein und lassen sich mit Mustern gestalten.« So produzieren auch Zellen, die im Schatten liegen, Strom. Das ist günstig, da sie an senkrechten Wänden und an temporären Schattenseiten ihren Platz finden können.

Wissenschaftler und Entwickler arbeiten auf Hochtouren. Bürogebäude mit farbig-transparenten Glasfassaden, die Strom für die Klimaanlage liefern? In Italien liefen Tests von Pilotanlagen für Glasfassadenelemente. Laut Dyesol sollen in zwei Jahren erste Produkte verkäuflich sein.

Die Universität Roma Tor Vergata will zusammen mit den Unternehmen ERG Renew und der großen Fassadenfirma Permasteelisa in die erste industrielle Fertigung einsteigen. Auch die Türkei meldet Interesse an farbigen Glasfassaden. Das Unternehmen Nesli hat mit der finanziellen Unterstützung der türkischen Entwicklungsbank TKB das Unternehmen Dyesol mit einer Projektstudie für eine Massenfertigungsanlage beauftragt.

Es ist ungewiss, wie lange die Farbstoffsolarzellen unter Einfluss von Witterungen in den Gebäudefassaden haltbar sind. Besonders die Versiegelung der Zellschichten und damit der Schutz des Elektrolyts stellt für die Forscher eine Herausforderung dar.

Damit sich der Einbau in einer Fassade lohnt, sollte das Modul mindestens 20 Jahre wirksam sein. Wenn es nicht mehr genug Strom produziert, muss die Möglichkeit bestehen, es auszutauschen. »Die Technik der Austauschbarkeit von Glaselementen ist nichts Neues«, sagt Lang-Koetz. Der Systemanbieter Systaic, Partner des Projektes Colorsol, benutzt eine Click-und-Connect-Technik, mit der auch kristalline Indachmodule verbunden werden.

Die Praxis wird zeigen, ob die im Labor berechnete Lebenserwartung von 20 bis 25 Jahren den Bedingungen des realen Lebens standhält. < Corinna Hohlwein

Prinzip der Farbstoffzelle

Das Licht regt die Elektronen des Farbstoffs an, die über den Halbleiter Titandioxid zur Arbeitselektrode wandern. Anschließend fließen sie zum externen Energieverbraucher und von dort zur Gegenelektrode.

Die im Farbstoff fehlenden Elektronen liefert nun der Elektrolyt nach. Die fließenden Elektronen an der Gegenelektrode füllen dann die Lücken im Elektrolyten wieder auf. Die Elektronen der Farbstoffmoleküle sind wieder bereit, durch Photonen angeregt zu werden.

Erschienen in Ausgabe: 05/2010