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Strom aus der Fensterscheibe

Durch hauchdünne Kristallschichten verwandelt sich Glas in eine Solarzelle. Von Elke Bunge

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Vorhänge oder Jalousien werden bei Fenstern, die sich auf Knopfdruck verdunkeln, überflüssig. Arbeits- oder Wohnräume bleiben so in heißen Ländern oder in den Sommermonaten angenehm kühl. Allein das spart Energiekosten für eine Klimaanlage. Jetzt ist es Wissenschaftlern jedoch gelungen, diese schaltbaren Fensterscheiben zusätzlich mit einer Solarzelle zu kombinieren, die im abgedunkelten Zustand aktiv wird.

Bei intensiver Sonneneinstrahlung dunkelt sich die Fensterscheibe ab, die Innenräume bleiben kühl, und gerade das intensive Sonnenlicht kann gleichzeitig zur Stromerzeugung genutzt werden. »Dieses intelligente Solarfenster kann zwischen einem durchsichtigen und einem eingefärbten, photovoltaisch aktiven Zustand hin- und hergeschaltet werden«, berichtet Jia Lin vom Departement Chemie der Universität Kalifornien in Berkeley.

Für ihren Prototyp deponierten Lin und Kollegen eine rund 200 Nanometer dünne Kristallschicht mit einer sogenannten Perowskitstruktur auf einem durchsichtigen Glasträger. Benannt sind die Perowskit-Solarzellen wegen dem ähnlichen Kristallgitter nach dem Mineral Kalziumtitanat. Und eben dieses Kristallgitter ist der Grund für die positiven Eigenschaften von Perowskit: Trifft ein Lichtteilchen darauf, regt es mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Elektron an. Fällt das Elektron dann in seinen Grundzustand zurück, wird Energie frei, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Das Sonnenlicht lässt sich »ernten«.

Und diese »Ernte« scheint hoch effektiv zu sein: Das Solarfenster aus Glas mit der hauchdünnen Perowskit-Oberfläche lässt bei Raumtemperatur mehr als 80 Prozent des sichtbaren Lichts hindurch. Dies entspricht der Durchlässigkeit einer herkömmlichen Fensterscheibe. Wird die Oberfläche allerdings Temperaturen von über 100 Grad Celsius ausgesetzt, ändert das Perowskit seine Farbe und wird orangerot. Ursache ist eine Änderung der Kristallstruktur des Minerals. In diesem Moment absorbiert das Perowskit zwei Drittel des Tageslichtes und nutzt es zur Stromerzeugung.

Dabei erreicht diese neuartige Fensterscheibe mit eingebauter Solarzelle einen Wirkungsgrad von gut sieben Prozent. Dieser Wert gibt an, wie viel Prozent der einfallenden Sonnenenergie die Solarzelle in Strom umzuwandeln vermag. Rekordwerte von 22 Prozent erreichen derzeit nur Labormuster von Perowskit-Solarzellen. Noch allerdings lässt die Lebensdauer der Perowskite zu wünschen übrig.

Wesentlich ist jedoch, dass mit dieser Forschungsarbeit eine Kombination aus Fensterscheibe und Solarzelle entwickelt wurde. Der große Vorteil in dieser Entwicklung liegt in den Einsatzorten: Zukünftig könnten sich urbane Ballungsräume problemlos mit erneuerbarer Energie versorgen. Für die Metropolen der Welt wie Tokio, Seoul, Mexiko-Stadt oder New York, die mit ihren Einwohnerzahlen oberhalb von 20 Millionen liegen, aber auch für all die anderen Großstädte, die aus einem Meer von Wolkenkratzern bestehen, könnte diese Technologie neue Möglichkeiten eröffnen. Großstädte können dann ihren Strom aus der Kraft des Sonnenlichts gewinnen.

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