Warum sind Solarzellen blau?

Nach dieser Einleitung mag es überraschend erscheinen, aber: Solarzellen sind überhaupt nicht blau – zumindest nicht von Anfang an. Unbeschichtete Modelle weisen meist eine silbrig-graue Färbung auf. Dies ändert sich jedoch in der weiteren Verarbeitung.

Wie Sie sicher wissen, erzeugen Solarmodule Energie, indem sie das Sonnenlicht absorbieren, also "einfangen". Je mehr Licht ins Innere der Module dringt, desto höher ist der Wirkungsgrad, und damit die Ausbeute an nutzbarer Energie.

Darum werden die allermeisten Solarzellen mit einer Anti-Reflexionsschicht versehen, die die Absorptionsrate des Lichts erhöht. Diese Schicht wird auf den roten Teil des Spektrums eingestellt – die bevorzugte Absorptionswellenlänge von Silicium. Ein Nebeneffekt ist die bläuliche, sehr viel seltener auch grüne oder violette Färbung.

Wir haben bisher von den "meisten" Solarmodulen gesprochen. Das verrät bereits, dass nicht alle Varianten eine blaue Farbe aufweisen. Stattdessen hängt der Farbton davon ab, ob es sich um Zellen aus polykristallinem oder monokristallinem Silicium handelt:

Beginnen wir mit der häufigsten Variante: Polykristalline Solarzellen bestehen aus Silicium, das geschmolzen und in eine rechteckige Form gegossen wird. Auf diese Weise bilden sich viele einzelne Silicium-Kristalle. Ein charakteristisches Merkmal ist neben der gesprenkelten, schimmernden Oberfläche auch die bläuliche Farbe. Da polykristalline Solarzellen relativ preisgünstig hergestellt werden können, machen sie den Großteil der verwendeten Module aus.

Daneben besteht die Möglichkeit, Solarzellen aus einem einzigen Silicium-Kristall herzustellen. Diese monokristallinen Zellen punkten mit einem höheren Wirkungsgrad als ihre polykristallinen Verwandten, da sie ein größeres Lichtspektrum absorbieren können. So lässt sich bei gleicher Leistung auch ihre Größe verringern – perfekt für die platzsparende Anbringung.

Ein Nachteil: Monokristalline Module sind deutlich teurer. Dementsprechend machen sie aktuell nur 10 Prozent der verbauten Solarmodule aus.

Auch Leistungsverluste durch eine höhere Wärmeentwicklung stellen ein Problem schwarzer Solarzellen dar. Allerdings gehen Expert:innen davon aus, dass monokristalline Zellen diesen Verlust durch ihren höheren Wirkungsgrad ausgleichen. Das ist vor allem in Ländern wie Deutschland der Fall, die nur selten heiße Temperaturen aufweisen.

Zu guter Letzt wäre da noch eine relativ junge Art von Solarzellen: Sogenannte Dünnschicht-Module sind – wie der Name schon sagt – hundertmal dünner als ihre mono- oder polykristallinen Pendants. Ein Vorteil ist neben der Gewichtseinsparung auch die günstige Herstellung. Beim Wirkungsgrad haben Dünnschicht-Solarmodule jedoch das Nachsehen. Darum kommen sie nur selten auf Hausdächern, sondern meist in großen Solarparks zum Einsatz, wo die Masse an Modulen zählt.

Die ehemalige Mülldeponie Eichelbuck in Freiburg produziert seit 2011 sauberen Ökostrom für rund 1.000 Haushalte. Die etwa 2,5 Fußballfelder große Anlage wurde durch die Badenova Tochter Badenova Wärmeplus errichtet.

Nicht alle Hausbesitzenden können sich mit schwarzen oder blauen Solarmodulen auf dem Dach anfreunden. Dazu kommt: In bestimmten Fällen ist die Farbwahl keine Frage des Geschmacks, sondern hat wirtschaftliche oder strategische Gründe: Man denke nur an Solarzellen in Tarnfarbe für den militärischen Bereich.

Darum stellt sich die Frage: Lassen sich für Solarmodule auch andere Farben als schwarz oder blau wählen?

Die kurze Antwort: Ja, das geht. Mit heutigen technischen Möglichkeiten können auch rote, gelbe oder grüne Solarzellen hergestellt werden. Allerdings hat das seinen Preis: Diese Farben weisen einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad auf, wodurch die Module weniger Energie erzeugen als ihre dunklen Pendants.

Das könnte sich jedoch bald ändern:

Forschende arbeiten mit Fleiß an neuen Möglichkeiten, Solarmodule ohne Leistungsverluste einzufärben: Dazu gehört ein Verfahren, das gerade im Fraunhofer-Institut erprobt wird und sich an den Flügeln von Schmetterlingen orientiert. Durch eine feine Oberflächenstruktur soll nicht nur die Lichtabsorption dieser Solarmodule weiter verbessert werden, auch eine große Bandbreite an Farben ist möglich – und damit die unauffällige Installation an Hausfassaden.

Natürlich lassen sich die Strahlen der Sonne nicht nur zur Stromgewinnung nutzen. Auch die Erzeugung von Wärme – Solarthermie genannt – gehört zu den Anwendungsgebieten. So können Hausbesitzende die Energie für Heizung und Warmwasser selbst bereitstellen und ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern. Das schlägt sich beispielsweise positiv im Energieausweis nieder.

Das Prinzip von Solarkollektoren ist denkbar einfach: Sie bestehen aus Modulen, die auf dem Dach angebracht und mit Flüssigkeit gefüllt werden. Diese Flüssigkeit erhitzt sich durch Sonneneinstrahlung und leitet die Wärme zu einem Solarspeicher weiter.

Anders als bei Solarzellen, die möglichst kühl bleiben sollten, wird die Wärmeentwicklung bei Solarkollektoren explizit gewünscht. Darum bieten sich dunkle Farben an, die möglichst viel Hitze absorbieren: Schwarz galt lange Zeit als Nonplusultra, wird in neuerer Zeit jedoch immer häufiger von Blautönen ersetzt, die weniger Wärme durch Abstrahlung verlieren.

Dass die meisten Solarzellen blau sind, hat vor allem wirtschaftliche Gründe: Diese polykristallinen Modelle punkten mit relativ geringen Herstellungskosten und hoher Effizienz und finden sich daher öfter auf Hausdächern als schwarze, monokristalline Solarzellen.

Bereits mit heutigen Methoden lassen sich Solarmodule in vielen anderen Farben herstellen, jedoch liegt der Wirkungsgrad deutlich unter dem von schwarzen oder blauen Varianten. Wer sein Dach mit roten, grünen oder gar kunterbunten Solarzellen bestücken möchte und trotzdem Wert auf eine hohe Energieausbeute legt, sollte sich noch etwas gedulden: Die entsprechenden Technologien stehen bereits in den Startlöchern.