Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE mit Sitz in Freiburg ist eine Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft zur angewandten Forschung und Entwicklung im Gebiet der Solartechnik und der Photovoltaik. Die Schwerpunkte der Forschung sind ausgerichtet auf energieeffiziente Gebäude, funktionale Oberflächen, solarthermische Kollektorsysteme, Silicium-Photovoltaik, regenerative Stromversorgung und Wasserstofftechnologie. Ein Ergebnis dieser Forschungen ist eine lichtdurchlässige Farbbeschichtung für Solarmodule.
Als Ausgangspunkt der Entwicklung diente ein Phänomen, das man am Morpho-Schmetterling beobachten kann. Die Besonderheit liegt in der kräftigen blauen Färbung seiner Flügel. Dass wir diese so leuchtend blau wahrnehmen, liegt jedoch nicht etwa an Farbpigmenten auf der Flügeloberfläche, wie dies bei anderen Schmetterlingen der Fall ist, sondern an einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur mit Lamellen in Nanometermaßstab. Die Lamellen sind nur unter dem Elektronenmikroskop zu erkennen und haben die Eigenschaft, dass sie mit einfallendem Licht interferieren. Licht einer bestimmten Wellenlänge, in diesem Fall ein Blau, wird dabei an den Lamellen reflektiert. Die Reflexionen verstärken sich gegenseitig, sodass ein heller Farbeindruck entsteht. Der Clou dieser Oberflächenstruktur ist, dass sie für andere Wellenlängen durchlässig bleibt. Sie eignet sich also hervorragend, um eine kräftige Färbung bei gleichzeitig hoher Durchlässigkeit weiterer Frequenzen im Bereich des Lichts zu erzielen. Durch Veränderung der Abstände zwischen den Lamellen lässt sich die reflektierte Farbe gezielt einstellen.
Den Forschern am Fraunhofer ISE ist es nun gelungen, diese Beschichtung produktionstechnisch zu ermöglichen, um solche farbgebenden dreidimensionalen Oberflächenstrukturen großflächig auf Deckgläser für PV-Module auftragen zu können. Die Beschichtung besteht aus einem dielektrischen Material und ermöglicht eine hohe Farbsättigung sowie gute Blickwinkelstabilität. Die Farbe ist individuell anpassbar. Im Vergleich zu unbeschichteten Deckgläsern weisen die farbigen Module einen relative Leistungsverlust von nur 7 % auf, d. h. ein 150 Watt-Modul liefert mit dem farbigen Deckglas noch etwa 140 Watt. Mit der Produktion ist in naher Zukunft zu rechnen.
Bisherige Ansätze zur Einfärbung von Solarzellen oder Deckgläsern sind in der Farbwahl eingeschränkt und haben den entscheidenden Nachteil vergleichsweise hoher Leistungseinbußen. Mit diesem im Fraunhofer ISE entwickelten Verfahren ist es nunmehr möglich, farblich homogene Beschichtungen für Solarzellen mit geringen Transmissionsverlusten herzustellen.
Das Design von Modulen ist besonders im Bereich der gebäudeintegrierten Photovoltaik von großer Bedeutung. Um Null- oder Plus-Energie-Gebäude zu realisieren, werden PV-Module nicht nur auf dem Dach eingesetzt, sondern zunehmend auch in die Fassade integriert. Daher genügt es aus Sicht von Architekten und Eigentümern nicht, dass Module ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis haben, sie müssen insbesondere auch an der Fassade optisch ansprechend und möglichst frei im Design sein.
Die Nachfrage nach Modulen in unterschiedlichen Farben mit hoher Sättigung und Homogenität ist groß, denn für die Energiewende werden großflächig PV-Module benötigt. Während auf den Dachflächen die bestehenden Module mit Fertigmaßen und ihrem optischen Erscheinungsbild akzeptiert sind, werden für die Fassade höhere optische Qualitäten gefordert. Mit diesen Beschichtungen werden homogene Flächen in Farbe und Struktur möglich.
