Fortschritt bei der Herstellung von Farbstoffsolarzellen

Glaslotversiegelte Farbstoffsolarmodule bieten neue Gestaltungsmöglichkeiten

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE stellt auf der Hannover-Messe Solarmodule mit Farbstoffsolarzellen aus. Anders als bei herkömmlichen Solarzellen wandelt ein organischer Farbstoff Licht in Strom um. Die Herstellung geschieht durch einfachen Siebdruck und bietet ungewöhnliche Gestaltungsmöglichkeiten.

»In Verbundprojekten mit der Industrie haben wir Materialien und Herstellung optimiert«, so Dr. Andreas Hinsch, Projektleiter am Fraunhofer ISE. »Jetzt geht es um die Erkundung eines Marktes, der auf die speziellen Vorteile von Farbstoffsolarzellen zugeschnitten ist. Dazu suchen wir Partner, die in erste Testanlagen und Demonstrationsprojekte investieren wollen.«

Mit einer neuen Glaslottechnik haben Hinsch und sein Team die entscheidende Hürde für die praktische Erprobung genommen: Einfache Herstellung und Stabilität. Alle Materialien für die Zellenbildung werden als Paste im Siebdruck strukturiert auf zwei Glasplatten aufgebracht. Die beiden Platten werden so miteinander verbunden, dass sich mäander- oder streifenförmige Kanäle bilden. In diese Kanäle werden der Farbstoff und ein gelierbarer Elektrolyt eingefüllt – fertig ist die Solarzelle.

Faszinierend wie die Technik sind die Gestaltungsmöglichkeiten: Die Module sind ockerfarben transparent. Diese Farbe kann durch Filter variiert werden. Farbige Pasten heben das Muster hervor oder lassen die Oberfläche einheitlich erscheinen. Durch Bedrucken mit streuenden Schichten können innerhalb der Module Bilder und Schriftzüge ohne nennenswerten Leistungsverlust kreiert werden. »Besonders für Fassaden und Werbezwecke ergeben sich ganz neue Möglichkeiten«, sagt Hinsch.

Für die Hannover-Messe hat das Fraunhofer ISE mehrere 30 x 30 cm² große Module grafisch unterschiedlich gestaltet. In Ihnen sind jeweils sechs Solarzellen hintereinander geschaltet. Das ergibt etwa 4,2 V Spannung, 0,8 A Strom bei 2,5 % Wirkungsgrad. In zwei Jahren erwartet Hinsch durch Verbesserung der Drucktechnik bis 5 % Wirkungsgrad auf 60 x100 cm² großen Flächen. Auf 1 cm² kleiner Fläche wurde aus Japan bereits ein Wirkungsgrad von 10,4 % berichtet.

Seit 15 Jahren wird an der Farbstoffsolarzelle, die Licht in elektrische Energie umwandelt geforscht. Das Herz der Zelle besteht aus einem organischen Farbstoff sowie aus Titandioxid. Letzteres macht als Massenprodukt die Wandfarbe weiß, in der Farbstoffsolarzelle tritt es als hochtechnologische nanokristalline Paste auf.

Das große Problem bislang: Die Farbstoffsolarzelle braucht eine kleine Menge flüssigen Elektrolyts. Wie gewährleistet man die Dichtheit der Zellen? Die Fraunhofer-Forscher haben mit dem siebgedruckten Glaslot jetzt einen entscheidenden Schritt vorwärts geschafft. Es versiegelt die Glasplatten hermetisch nach außen und schützt innen empfindliche Materialien vor Degradation. Mehrere 1000 Stunden beschleunigter Alterungstest unter unterschiedlichsten Bedingungen zeigen die bereits gute Langzeitstabilität der Zellen.

Die Arbeiten wurden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung & Forschung BMBF sowie der Europäischen Union und dem Land Nordrhein-Westfalen geförderten Projekts durchgeführt.

Hannover-Messe
Die Farbstoffsolarzelle wird auf der Hannover Messe gezeigt, auf dem Fraunhofer ISE Stand Nr. B44 in Halle 13. Der Stand befindet sich unter dem Dach des CLEAN ENERGY Themenparks. Am 27. April wird Dr. Andreas Hinsch im Rahmen des Branchen- und Exportforums »Erneuerbare Energien» auf der Hannover Messe einen Vortrag über die Gestaltungsmöglichkeiten mit Farbstoff-Solarzellen in englischer Sprache halten: »Dye Solar Cells: PV for creative application«.