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 x 100 cm großer Farbstoffsolarmodule auf einem durchgehenden Substrat ist es Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE jetzt gelungen, eine wichtige Hürde zu nehmen.
In ausgedehnten Versuchsreihen gelang es den Freiburger Forschern, funktionsfähige Prototypen von großflächigen Farbstoffsolarmodulen auf Glas herzustellen. „Erstmalig konnten wir zeigen, dass eine im Siebdruckverfahren integrierte Serienverschaltung der Zellen auf 60 x 100 cm großen Modulflächen möglich ist“, erklärt Dr. Andreas Hinsch. „Eine aufwendige 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 Farbstoffsolarmodule im sogenannten „Meander-Design“ hergestellt. Die langzeitstabile Versiegelung erfolgt durch ein ebenfalls im Siebdruck aufgebrachtes Glaslot. Die Module eröffnen neue Gestaltungsmöglichkeiten für in Gebäude integrierte Solarfassaden sowie für dekorative Anwendungen. Auf 10 x 10 cm großen Farbstoffsolarmodulen erzielten 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.
Neue Verfahren ermöglichen bald die Massenproduktion
Die Herstellung der 60 cm x 100 cm großen Module erfolgte mit industrierelevanten Verfahren und Maschinen. Für die Applikation von Farbstoff und Elektrolyt war eine Eigenentwicklung erforderlich. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAO, Stuttgart, entwickelte das Fraunhofer ISE zu diesem Zweck eine Station für die automatisierte Befüllung und Endversiegelung der großflächigen Farbstoffsolarmodule. Die Herstellung weiterer Module in zukünftigen Demonstrationsprojekten ist damit sichergestellt und ein wichtiger Schritt in Richtung Pilotfertigung ist getan. Das Fraunhofer ISE befasst sich daher 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 Institut entwickelt im Bereich Solarzellen bereits seit dreißig Jahren kontinuierlich neue Technologien. Neben dem Schwerpunkt Siliciumsolarzellen zählen hierzu auch Farbstoff- und organische Solarzellen sowie hocheffiziente Mehrfach- und Konzentratorsolarzellen.
INFO
Funktionsweise
Farbstoffsolarzellen sind elektrochemische Solarzellen und ähneln in ihrer Funktionsweise dem Primärprozess der Photosynthese. Sie 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 besetzt wird. Eine kleine Menge eines gelierbaren Elektrolyten wird für den Transport der Ladungen eingesetzt.
