Wissenswertes – Neues & Co: Solarfenster erzeugen Strom und ändern ihre Farbe (26.Februar 2018)

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Solarfenster erzeugen Strom und ändern ihre Farbe

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Caesium-Perowskit ermöglicht es, dass Fenster nicht nur ihre Farbe verändern, sondern auch im dunklen Zustand Strom erzeugen. In Zukunft könnten so Bürogebäude selber ihren Energiebedarf decken.

Ein Team aus Wissenschaftlern unter der Führung von Jia Lin von der University of California in Berkeley ist die Entwicklung eines photovoltaisch aktiven Fensters gelungen. Es gibt bereits seit längerem Fenster, die sich durch den Einsatz kleiner elektrischer Spannung verdunkeln lassen.

Die Wissenschaftler haben diese Funktion jedoch ergänzt. Ihre Neuentwicklung erzeugt im verdunkelten Zustand Strom, wie die Fachzeitschrift Nature Materials berichtet. Um das Fenster zu verdunkeln wird ein Phasenwandler mit Perowskit-Schichten eingesetzt.

Die Forscher sind der Ansicht, dass die Fenster in Zukunft zur Verglasung von Gebäuden mit möglichst hoher Energieeffizienz verwendet werden können. Außerdem sind Autoscheiben und elektrische Werbetafeln mögliche Einsatzszenarien.

Lin erklärte, dass “dieses intelligente Solarfenster zwischen einem durchsichtigen und einem eingefärbten, photovoltaisch aktiven Zustand hin und her geschaltet werden können.” Beim Bau des Prototypens wurde eine 200 Nanometer dünne Caesium-Perowskit Schicht mit einem durchsichtigen Glasträger verbunden.

Eine Seite des Glasträgers wird mit Zinnoxid und Indiumzinnoxid vor Luft und Feuchtigkeit abgeschirmt. Testreihen zeigten, dass das Solarfenster bei Raumtemperatur rund 80 Prozent des sichtbaren Lichts durchließen.

Die Forscher haben daraufhin das Fenster erhitzt. Es verfärbte sich nach dieser Behandlung unter Sonneneinstrahlung orange-rot und arbeitete als Solarzelle. Der erreichte Wirkungsgrad lag bei etwa sieben Prozent.

Im normalen klaren Zustand liegen die Kristalle in einer kubischen Struktur vor. Durch die Wärmebehandlung bei 105 Grad Celsius bildete sich die Perowskit-Kristallstruktur, die nicht mehr vollständig durchsichtig war.

Der Phasenwechsel der Perowskit-Schicht sorgte dafür, dass etwa zwei Drittel des Lichts nicht mehr das Fenster durchdringen und das es parallel dazu photovoltaisch aktiv wird.

Sobald das Fenster wieder Raumtemperatur erreichte und etwas Feuchtigkeit ausgesetzt wurde, kehrte sich der Phasenwechsel-Effekt wieder um. Das Fenster wurde wieder vollkommen klar.

Das Experiment zeigte, dass der Phasenwechsel einige Dutzend Male durchgeführt werden kann, ohne dass dabei der Wirkungsgrad der Solarzellen geringer wird.

Durch den Prototyp konnten die Wissenschaftler belegen, dass elektrisch schaltbare Fenster nicht nur verdunkelbar sind, sondern auch zur Gewinnung von Strom dienen können.

Bis die Fenster in der Praxis Anwendung finden können, müssen die Wissenschaftler aber noch die für den Phasenwechsel aktuell benötigte Temperatur von 100 Grad Celsius deutlich absenken.

Außerdem muss ein Weg gefunden werden, um die Perowskit-Schichten zu stabilisieren. Die aktuell für das reversible Schalten eingesetzte Methode wird bei längeren Einsätzen die Schicht zerstören.

Weitere Experimente sollen nun eine Kombination von Perowskit-Materialien finden, die stabil ist und einen noch besseren Wirkungsgrad bei der Stromproduktion aufweist.

Quellen: PublicDomain/forschung-und-wissen.de am 26.02.2018

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