Die Forschung an innovativen Solarzellen-Technologien eröffnet neue Möglichkeiten zur weiteren Reduzierung der Kosten von Photovoltaik und bietet das Potential, neue Einsatzgebiete in der Verwendung von Solarenergie zu erschließen. Farbstoff- und organische Solarzellen sind unter den vielversprechenden Technologieansätzen die in den letzten Jahren mit einer solchen Zielsetzung erarbeitet wurden.

Bisher sind Farbstoff- und organische Solarzellen noch nicht kommerziell erhältlich. Wesentliche Fragestellungen wie Erhöhung des Wirkungsgrades, Langzeitstabilität und Aufskalierbarkeit werden am Fraunhofer ISE in Zusammenarbeit mit Projektpartnern untersucht.

Farbstoffsolarmodule sind eine noch junge Photovoltaik-Technologie, die sich aber in den letzten Jahren deutlich über den Labormaßstab hinaus entwickelt hat. Ihre Zielanwendung ist die Integration in die Gebäudehülle. Eine große Herausforderung bei der Entwicklung neuer Photovoltaik- Technologien stellt die Aufskalierung – also der Schritt von der Laborgröße in die industrielle Umsetzung – dar. Mit der weltweit ersten Herstellung 60 cm x 100 cm großer Farbstoffsolarmodule auf einem durchgehenden Substrat ist es Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gelungen, eine wichtige Hürde erfolgreich zu nehmen.

Technologie
Farbstoffsolarzellen sind elektrochemische Solarzellen und ähneln in ihrer Funktionsweise dem Primärprozess der Photosynthese. Anders als bei herkömmlichen Solarzellen wandelt hier ein organischer Farbstoff Licht in elektrische Energie um. Die Solarzellen lassen sich prinzipiell sehr einfach herstellen und sind ein Paradebeispiel für die Erforschung und Realisierung von funktionalisierten Nanomaterialien. Die Farbstoffsolarzelle basiert auf einer nanokristallinen Trägerschicht aus Titandioxid, die mit Farbstoffmolekülen belegt wird. Eine kleine Menge eines gelierbaren Elektrolyten wird für den Transport der Ladungen eingesetzt.

Herstellung
Die Module werden mit einfachem Siebdruck hergestellt und mit Glaslot in einem thermischen »Fusing« Schritt versiegelt. Diese Prozesse sind vergleichbar mit Produktionsprozessen wie sie z. B. aus der Glasindustrie bekannt sind. Die kürzlich realisierten, großflächigen, funktionsfähigen 6000 cm² Module bedeuten daher einen wichtigen Schritt in Richtung einer kostengünstigen Herstellung von Farbstoffsolarzellen-PV.

Variable Gestaltung
Farbstoffsolarzellen stellen eine interessante Anwendungsmöglichkeit für gebäudeintegrierte Photovoltaik dar. Die Herstellung der Farbstoffsolarzellen geschieht durch einfachen Siebdruck und bietet vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten für Fassaden und Werbezwecke. Die als Prototypen entwickelten Module sind zunächst bernsteinfarben transparent. Diese Farbe kann dann durch Filter variiert werden. Farbige Pasten heben das Muster der Versiegelungsstruktur hervor oder lassen die Oberfläche einheitlich erscheinen. Durch Bedrucken mit streuenden Schichten können innerhalb der Module beliebige Bilder und Schriftzüge ohne nennenswerten elektrischen Leistungsverlust gestaltet werden.

Stand der Technik
Auf 10 cm x 10 cm großen Farbstoffsolarmodulen erzielte das Fraunhofer ISE kürzlich einen solaren Wirkungsgrad von 7,1% auf der aktiven Fläche. Dabei wurden die gleichen Herstellungsverfahren wie bei den aufskalierten Modulen verwendet. Bei den 6000 cm² Farbstoffsolarzellen-Modulen sind jeweils zwölf Solarzellen intern in Serie geschaltet. Durch Verbesserung der Drucktechnik ist in den nächsten zwei Jahren ein solarer Wirkungsgrad von 5 % auf 60 x 100 cm² großen Flächen möglich.