Strom aus dem Fenster

Bereits heute lassen sich spezielle Fenster auf Knopfdruck verdunkeln. Diese Funktion haben Wissenschaftler nun noch erweitert: Ihr photovoltaisch aktives Fenster kann im verdunkelten Zustand sogar Strom erzeugen. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ berichtet, lässt sich diese Technologie möglicherweise für die Verglasung von Gebäuden mit hoher Energieeffizienz oder für elektronische Anzeigetafeln verwenden.

Prototyp des umschaltbaren Solarfensters

„Dieses intelligente Solarfenster kann zwischen einem durchsichtigen und einem eingefärbten, photovoltaisch aktiven Zustand hin- und hergeschaltet werden“, berichtet Jia Lin von der University of California in Berkeley. Für den Prototypen deponierte Lin gemeinsam mit seinen Kollegen eine rund 200 Nanometer dünne Schicht eines speziellen Perowskits auf einem durchsichtigen Glasträger. So ließ das Solarfenster bei Raumtemperatur mehr als 80 Prozent des sichtbaren Lichts hindurch. War das Fenster allerdings Temperaturen von über 100 Grad Celsius und Sonneneinstrahlung ausgesetzt, färbte es sich orangerot und wandelte sich gleichzeitig in eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von gut sieben Prozent um.

Verantwortlich für diesen Wandel ist ein Phasenwechsel der Perowskitschicht: Im durchsichtigen Zustand sind die Kristalle in einer kubischen Struktur angeordnet und weitestgehend durchsichtig. Bei einer Temperatur von 105 Grad Celsius bildet sich jedoch eine weniger transparente Kristallstruktur aus. Diese ist undurchlässig für etwa zwei Drittel des sichtbaren Lichts und zugleich photovoltaisch aktiv. Auf Raumtemperatur abgekühlt und etwas Feuchtigkeit ausgesetzt, lässt sich dieser Phasenwechsel wieder umkehren – das Solarfenster wird abermals durchsichtig. Pilotversuche zeigten, dass dieser Wechsel einige Dutzend Male ohne große Verluste des Wirkungsgrads möglich ist.

Der Prototyp beweist, dass schaltbare Fenster nicht nur Sonnenlicht auf Wunsch abschirmen, sondern zugleich auch Strom erzeugen können. Vor einer Anwendung in Bürogebäuden oder als Autoscheibe müsste jedoch die bisher relativ hohe Phasenwechseltemperatur gesenkt werden. Auch die für das reversible Schalten notwendige Feuchtigkeit könnte die Stabilität der Perowskitschichten auf Dauer beeinträchtigen. Doch da sich die Zusammensetzung von Materialien aus Perowskit stark variieren lässt, könnte in weiteren Studien eine Materialmischung ohne diese Nachteile gefunden und auch der Wirkungsgrad noch gesteigert werden.