Meilenstein in der Photovoltaik: PrintPero entwickelt Perowskit-Solarmodule in Marmoroptik
Forschende des BMBF-geförderten deutsch-griechischen Kooperationsprojekts PrintPero haben einen Durchbruch für die Zukunft der gebäudeintegrierten Photovoltaik erzielt: Durch ein neues Verfahren können Perowskit-Solarzellen die Optik bekannter Baumaterialien imitieren. Die Module werden kostengünstig bedruckt und erreichen Wirkungsgrade von bis zu 14 Prozent.
Der Ausbau der Erneuerbaren Energien ist eine zentrale Säule der Energiewende. Photovoltaik wird dabei eine entscheidende Rolle einnehmen, da sich Sonnenenergie vielfältig und ohne Umwege über einen Energieversorger nutzen lässt. Mehrere Bundesländer wollen deshalb in den nächsten Jahren eine Solarpflicht für Neubauten einführen. Wer in Baden-Württemberg bauen möchte, muss bereits seit 2022 Solaranlagen einplanen – das gilt sowohl für gewerbliche als auch für private Neubauten.
Bisher ist der Anteil von Solarinstallationen bei privaten Haushalten aber noch gering. Ein Grund könnten die vielschichtigen architektonischen Anforderungen an Solarmodule sein: Erscheinungsbild, Farbe und Form sollten zum Gebäude passen – aber gleichzeitig die Effizienz der Solarzelle nicht mindern. Forschende im deutsch-griechischen Kooperationsprojekt PrintPero haben deshalb Perowskit-Solarzellen entwickelt, die die Optik bekannter Baumaterialien imitieren können. Durch die kostengünstige Tintenstrahldrucktechnik werden nicht nur unterschiedliche Farben, sondern auch komplexe Farbmuster aufgetragen – besonders hohe Effizienzwerte erzielten Solarzellen in weißer Marmoroptik. Auch bei unterschiedlichem Lichteinfall behalten die Module ihr Erscheinungsbild bei.
Obwohl der Wirkungsgrad dabei schwächer ist als bei unbedruckten Solarzellen, ist das Forschungsergebnis ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu mehr Photovoltaik im Gebäudesektor. „Das Ziel von gebäudeintegrierter Photovoltaik ist es, photovoltaische Systeme nicht auf Dächer oder Fassaden zu montieren, sondern diese durch Module zu ersetzen und damit zusätzliche Kosten zu vermeiden", sagt Projektkoordinator Helge Eggers vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). „Für gebäudeintegrierte Photovoltaik gilt: Eine integrierte Solarzelle mit geringer Effizienz ist besser als eine Wand, die gar keinen Strom liefert. Ein Wirkungsgrad von 14 Prozent ist da enorm."
Bisher dominieren Silizium-Solarzellen den Markt. Dünnschichtsolarzellen auf Basis sogenannter Perowskit-Halbleiter gelten aber bereits seit einigen Jahren als äußerst aussichtsreiche Kandidaten für Solarzellen der nächsten Generation. Ihre Vorteile: Sie sind deutlich einfacherer herzustellen und benötigen kostengünstigere Ausgangsstoffe. Im Labor zeigen sie bereits Wirkungsgrade von über 25 Prozent – und sind damit ähnlich effizient wie Silizium-Solarzellen. Noch gilt das allerdings nur im Kleinen: „Eine zentrale Hürde für den Markteintritt der Technologie ist es, neben der Stabilität, den auf kleinen Flächen erzielten hohen Wirkungsgrad auf große Flächen zu übertragen", so Tenure-Track-Professor Ulrich W. Paetzold, Leiter der Perowskit-Forschung am IMT.
Das BMBF hat das Vorhaben PrintPero im Rahmen des deutsch-griechischen Innovationsprogramms drei Jahre lang mit mehr als 400.000 Euro gefördert.