Spanische Wissenschaftler des Silicon and New Concepts for Solar Cells (SyNC) Forschungsteams am Institut für Solarenergie der Polytechnischen Universität Madrid haben mithilfe der neuartigen “hot-pick-up”-Technik Prototypen ultradünner, zweidimensionaler Solarzellen entwickelt. Die Forschung zielt darauf ab, die Solarenergienutzung in städtischen Gebäuden zu revolutionieren, indem flexible, leichte und kostengünstige Zellen für die Fassadenintegration bereitgestellt werden – ein Schritt, der die Energiewende in urbanen Räumen maßgeblich unterstützen kann.
Innovative Fertigungstechniken: Hot-Pick-Up und skalierbare Produktion
Hot-Pick-Up-Verfahren: Funktionsweise und Vorteile
Das Verfahren kombiniert zweidimensionale Materialien, indem Fragmente ausgewählt, gesammelt und innerhalb einer transparenten Blase zu maßgeschneiderten Strukturen zusammengefügt werden. Durch die Kombination verschiedener Materialien lassen sich optimale Lichtabsorptionseigenschaften erzielen. Die Methode ermöglicht die Herstellung extrem dünner Schichten, die praktisch ohne dritte Dimension auskommen, jedoch dennoch signifikante Lichtmenge absorbieren.
Skalierung der Produktion
Das Team arbeitet an Techniken, die das Aufbringen der zweidimensionalen Materialien aus Lösungen auf großflächige Oberflächen erlauben. Durch Sprüh- und Depositionsverfahren könnten die Zellen in industriellem Maßstab produziert werden, was die Produktionskosten senken und die Technologie für den Markt attraktiv machen soll.
Leistungspotenzial: Bis zu 30 % des Gebäudeenergiebedarfs
Simulation einer Fassadenintegration in Madrid
Simulationen, bei denen die Zellen auf die Fassade eines Madrider Wolkenkratzers aufgebracht wurden, zeigen, dass bis zu 30 % des gesamten Energiebedarfs des Gebäudes gedeckt werden könnten, während gleichzeitig ausreichend natürliches Licht für die Innenräume erhalten bleibt. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Technologie für den Einsatz in dicht besiedelten Stadtgebieten, wo Raum und Gewicht entscheidende Faktoren sind.
Neueste Marktstudien zeigen, dass der Anteil von gebäudeintegrierten Photovoltaiklösungen ( BIPV ) in Neubauten mittlerweile 15 % erreicht hat. Diese Entwicklung ist ein Indikator dafür, dass Architekten und Bauherren zunehmend die Vorteile von Solarenergie in Betracht ziehen. Die neu entwickelten ultradünnen Solarzellen könnten aufgrund ihrer ästhetischen Anwendbarkeit und Funktionalität diese Zahl weiter steigern.
Marktakzeptanz von gebäudeintegrierten Photovoltaiklösungen (BIPV)
Studien belegen ein wachsendes Interesse an BIPV, das vor allem durch die Kombination von Ästhetik und Funktionalität getrieben wird. Die Akzeptanz steigt, weil die Lösungen nicht nur Energie liefern, sondern sich nahtlos in die Architektur einfügen.
Vergleich mit herkömmlichen Silizium-Solarzellen
Während die Effizienz der ultradünnen Zellen laut Simulationen bis zu 30 % des Energiebedarfs eines Gebäudes decken kann, erreichen marktübliche Silizium-Module aus neuer Produktion knapp 23 % Wirkungsgrad (Stand 2025). Die beiden Werte messen Unterschiedliches: Der Deckungsgrad beschreibt den Anteil am Gebäudeverbrauch, der Wirkungsgrad die Umwandlung von Licht in Strom. Trotz der geringeren reinen Umwandlungseffizienz bieten die ultradünnen Zellen Vorteile in Bezug auf Kosten, Flexibilität und ästhetische Integration, die herkömmliche, starre Module nicht erreichen.
Kosten- und Energieeinsparungen durch BIPV bis 2025
Ein breiter Einsatz von BIPV kann die Energiekosten von Gebäuden senken, weil die Gebäudehülle selbst Strom erzeugt. Diese Einsparungen stärken die Wirtschaftlichkeit der Technologie und erhöhen die Attraktivität für Investoren und Bauherren.
Herausforderungen und technologische Reife
Ein wesentlicher Gegenpunkt ist die noch offene Frage nach der praktischen Umsetzbarkeit und langfristigen Leistungsfähigkeit der neuen Zellen. Die technologische Reife muss in realen Anwendungen getestet werden, bevor die Lösung marktreif ist.
- Punkt: Technologische Reife
- Relevanz: Die praktische Umsetzbarkeit der neuen Zellen ist noch ungewiss und muss in realen Anwendungen getestet werden.
Häufig gestellte Fragen zu den ultradünnen Solarzellen
Wie lange sind die neuen Solarzellen haltbar?
Belastbare Langzeitdaten gibt es für die neuen Zellen noch nicht. Herkömmliche Module erreichen eine Nutzungsdauer von knapp 30 Jahren; ob die ultradünnen Zellen da mithalten, müssen Feldtests zeigen.
Können die Zellen auf bestehenden Gebäuden installiert werden?
Ja, die Flexibilität der Zellen macht sie ideal für die nachträgliche Installation auf bestehenden Fassaden.
Finanzierung und Förderungen
Die Forschung wurde durch mehrere Förderprogramme unterstützt:
- MAD2DCM-UPM Projekt – unterstützt von der Gemeinschaft von Madrid und der Europäischen Union
- 4EVERPV-CM Grant – Gemeinschaft von Madrid
- COMIC und PVBooster Grants – Ministerium für Wissenschaft und Innovation
- APE2SOL Award – Naturgy Stiftung
Fazit
Die spanischen Forscher haben mit der “hot-pick-up”-Technik einen vielversprechenden Ansatz für ultradünne, flexible Solarzellen geschaffen, die bis zu einem Drittel des Energiebedarfs städtischer Gebäude decken könnten. Kombiniert mit einer wachsenden Akzeptanz von BIPV und potenziellen Kosteneinsparungen von bis zu 20 % bis 2025, eröffnet die Technologie neue Perspektiven für die Integration von Solarenergie in die urbane Architektur. Dennoch bleibt die technologische Reife ein kritischer Faktor, der erst durch umfangreiche Feldtests bestätigt werden muss, bevor die Lösungen breit kommerzialisiert werden können.
