Auf dem Weg in die Fassade ... das weltweit größte Farbstoffsolarmodul in Siebdruck

(10.3.2011) Farbstoffsolarmodule sind eine noch junge Solarstrom-Technologie, die sich aber zuletzt deutlich über den Labormaßstab hinaus entwickelt hat. Ihre Zielanwendung ist die Integration in die Fassade. Eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Photovoltaik-Technologien ist die Aufskalierung - also der Schritt von der Laborgröße in die industrielle Umsetzung. Mit der weltweit ersten Herstellung 60 x 100 cm großer Farbstoffsolarmodule auf einem durchgehenden Substrat haben Freiburger Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) nun aber eine wichtige Hürde genommen.

In umfangreichen Versuchsreihen gelang es den Forschern, funktionsfähige Prototypen von großflächigen Farbstoffsolarmodulen auf Glas zu produzieren. „Erstmalig konnten wir zeigen, dass eine im Siebdruckverfahren integrierte Serienverschaltung der Zellen auf 60 x 100 cm großen Modulflächen möglich ist“, freut sich Dr. Andreas Hinsch. „Eine aufwändige externe Verschaltung von Submodulen entfällt. Wir haben damit eine wesentliche Voraussetzung für die kostengünstige Aufskalierung und damit auch für die industrielle Umsetzung geschaffen.“

Am Fraunhofer ISE werden Farbstoffmodule in einem Meander-Design hergestellt. Eine langzeitstabile Versiegelung erfolgt durch ein ebenfalls im Siebdruck aufgebrachtes Glaslot. Die Module eröffnen neue Gestaltungsmöglichkeiten für in Gebäude integrierte Solarfassaden (Building Integrated Photovoltaic, BIPV) sowie für dekorative Anwendungen. Auf 10 x 10 cm großen Farbstoffsolarmodulen erzielten übrigens die Fraunhofer-Forscher kürzlich einen solaren Wirkungsgrad von 7,1% auf der aktiven Fläche. Dabei wurden die gleichen Herstellungsverfahren wie bei den aufskalierten Modulen verwendet.

Zur Erinnerung: Farbstoffsolarzellen sind elektrochemische Solarzellen und ähneln in ihrer Funktionsweise dem Primärprozess der Photosynthese. Sie lassen sich vergleichsweise einfach herstellen und sind ein Paradebeispiel für die Erforschung und Realisierung von funktionalisierten Nanomaterialien. Die Farbstoffsolarzelle basiert auf einer nanokristallinen Trägerschicht aus Titandioxid (TiO₂), die mit Farbstoffmolekülen besetzt wird. Eine kleine Menge eines gelierbaren Elektrolyten wird für den Transport der Ladungen eingesetzt.

Die Herstellung der nun 60 x 100 cm großen Module erfolgte mit industrierelevanten Verfahren und Maschinen. Für die Applikation von Farbstoff und Elektrolyt war allerdings eine Eigenentwicklung erforderlich. In Zusammenarbeit mit dem Stuttgarter Fraunhofer IAO entwickelte das Fraunhofer ISE zu diesem Zweck eine Station für die automatisierte Befüllung und Endversiegelung der großflächigen Farbstoffsolarmodule. Das Fraunhofer ISE befasst sich nun mit Plänen für eine Ausgründung, um erste Demonstrationsanwendungen realisieren zu können.

Die Arbeiten am Fraunhofer ISE zu Farbstoffsolarmodulen werden im Rahmen von Verbundprojekten durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Europäische Kommission und das Umweltministerium Baden-Württemberg gefördert.

Das Fraunhofer ISE ist das größte europäische Solarforschungsinstitut. Im Bereich Solarzellen entwickelt es seit dreißig Jahren in enger Zusammenarbeit mit der Industrie neue Technologien. Neben dem Schwerpunkt Siliciumsolarzellen zählen hierzu auch Farbstoff- und organische Solarzellen sowie Mehrfach- und Konzentratorsolarzellen auf Basis von III-V-Halbleitern.