Solarzellen in Schmetterlingsoptik Solarzellen in Schmetterlingsoptik

Was haben Schmetterlinge und Solarzellen gemeinsam? Wenn es nach Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme geht, bald die Farbe. Denn die Wissenschaftler haben eine neue Herstellungsmethode entwickelt, mit denen sie das prächtige Blau von den Flügeln der Morpho-Falter auf Solarzellen nachahmen. Damit sind optisch einheitliche Panels in verschiedenen Farben möglich – ohne große Effizienzeinbußen.

Freiburg – Photovoltaik-Anlagen haben sich längst zu einer Standard-Technologie entwickelt und finden sich auf immer mehr Dächern von öffentlichen Gebäuden aber auch Privathäusern. Anders als noch vor 20 Jahren werden Module heute mit etablierten Verfahren in großen Mengen preiswert hergestellt. Eines aber hat sich in all den Jahren kaum verändert: das Aussehen der Photovoltaik-Module – schwarz-glänzende Platten mit einer Schutzhaut aus Glas, darunter die Photovoltaik-Zellen von der Größe einer kleinen Badezimmerkachel, die wie auf einem Schachbrett miteinander verlötet sind. Ein optischer Hingucker ist das für viele nicht, besonders wenn die Module an eine Hausfassade angebracht werden.

Dabei wäre es sinnvoll, nicht nur die Dächer, sondern auch Wände mit Photovoltaik-Anlagen zu versehen – vorausgesetzt sie bekommen dort genug Sonnenlicht ab. Denn um die Energiewende zu schaffen, müssen die erneuerbaren Energien noch deutlich ausgebaut werden. 2500 Quadratkilometer zusätzliche Photovoltaik-Anlagen werden dafür in Deutschland benötigt. Im Schnitt sind das zwei Solarmodule pro Einwohner. Auf den deutschen Fassaden wäre genug Platz dafür.

Inspiriert durch den Blauen Morpho-Falter

Doch bei Bauherren und Architekten sind Photovoltaik-Anlagen als gestalterisches Element wenig beliebt. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben deshalb neue, farbige Module für die Gestaltung von Fassaden entwickelt, denen man ihren eigentlichen Zweck nicht mehr ansieht. Um die bunten Bauteile in der gewünschten Farbe herzustellen, haben sich die Wissenschaftler bei einem optischen Trick aus der Natur bedient.

„Die zündende Idee für die Entwicklung bestand darin, die Deckgläser der Module nicht mit Farbpigmenten einzufärben, sondern vielmehr den physikalischen Effekt des Schmetterlingsflügels nachzuahmen“, sagt Dr. Thomas Kroyer, Leiter der Gruppe Beschichtungstechnologien und -systeme. Das ist für die Effizienz der Solarzellen der entscheidende Unterschied. Denn beschichtet man Gläser mit Pigmenten, büßen diese viel von ihrem Wirkungsgrad ein, weil das Licht nicht mehr ungehindert in das Modul eindringen kann.

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Farbig ohne Pigmente – für maximale Transparenz

Der Flügel des Morpho-Falters enthält keinerlei Farbpigmente – ist aber trotzdem schillernd blau. Denn der Farbeindruck entsteht dort durch einen optischen Effekt: Die mikrometerfeine Oberflächenstruktur der Schmetterlingsflügel reflektiert nur einen engen Wellenlängenbereich, also eine Farbe.

Es gelang den Fraunhofer Experten, eine ähnliche Oberflächenstruktur durch einen Vakuumprozess auf die Rückseite des Deckglases ihrer Photovoltaik-Module aufzubringen. Je nach Feinstruktur lassen sich so Deckgläser in blau, grün oder rot herstellen. „Rund 93 Prozent des Lichts können diese Schicht durchdringen – nur etwa sieben Prozent werden reflektiert und lösen den Farbeffekt aus“, erläutert Kroyer. Nach dem strahlend blau leuchtenden Morpho-Falter haben die Freiburger ihre Technik Morpho Color genannt.

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Neue Montagemethode analog zu Dachschindeln

Zum besonderen Aussehen gehört aber nicht allein die Farbe. Die Fraunhofer-Forscher haben noch ein weiteres Konzept gefunden, um Photovoltaik-Anlagen neu zu gestalten. Damit die aneinander gelöteten Photovoltaik-Zellen nicht Kachel für Kachel wie ein Schachbrett durch das farbige Deckglas schimmern, haben sie eine Montagemethode entwickelt, die an das Prinzip der Dachschindeln erinnert.

Dachschindeln werden überlappend aufeinandergelegt, damit der Regen abfließen kann. Entsprechend fertigen die Freiburger Solarforscher jetzt Photovoltaik-Zellen in Streifen an, die sie wenige Millimeter überlappend zu einem größeren Modul zusammenkleben. So entsteht ein homogenes Ganzes ohne Zwischenräume oder sichtbare Kontaktdrähte. „Man kann aus verschiedenen Winkeln auf unsere geschindelten Photovoltaik-Module mit Morpho-Color-Beschichtung schauen – und trotzdem bleibt der homogene Eindruck.“, sagt Kroyer. Damit sollen Häuser zukünftig nicht nur ihre eigene Energie produzieren, sondern dabei auch noch ein ansprechendes Aussehen erhalten.

* K. Schneider, Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, 79110 Freiburg im Breisgau

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