Solarmodule, durch die man hindurchsehen kann – als Fensterscheibe, Glasfassade oder Dach eines Wintergartens: Diese Idee verfolgt die Forschung seit Jahren. Ein Team von Fraunhofer ISE und Universität Freiburg hat jetzt halbtransparente organische Solarmodule komplett mit einem industrietauglichen Beschichtungsverfahren hergestellt. Wir erklären, wie organische Solarzellen funktionieren, was an dem Ergebnis neu ist und was es für Hausbesitzer realistisch bedeutet.
Was wurde erreicht?
Die Freiburger Forschenden haben Module mit einer Kantenlänge von 14,5 × 14,5 Zentimetern gebaut, also rund 210 Quadratzentimeter groß. Auf jedem Modul sind mehr als 100 einzelne Solarzellen in Reihe verschaltet. Die wichtigsten Messwerte laut Fraunhofer ISE:
- Wirkungsgrad: bis zu 9,26 Prozent
- Durchlässigkeit für sichtbares Licht: im Mittel 43,2 Prozent
- Lichtnutzungseffizienz (LUE): bis zu 4,0 Prozent – eine Kennzahl, die Stromausbeute und Durchsicht kombiniert (dazu unten mehr)
- Biegetest: Flexible Varianten auf Folie behielten nach rund 1.270 Biegungen um einen Stab von 15 Millimetern Durchmesser ihren vollen Wirkungsgrad.
Die Ergebnisse sind Anfang August 2026 im Fachjournal Joule erschienen, also nach einer unabhängigen Begutachtung durch andere Fachleute (Peer-Review). Das Projekt „Durchblick-PV“ wurde vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert; beteiligt waren auch Industriepartner aus Materialentwicklung, Beschichtungstechnik und Modulfertigung.
Das eigentlich Neue ist weniger der Wirkungsgrad als der Herstellungsweg. Fraunhofer-Forscher Dr. Uli Würfel spricht von einem „großen Durchbruch“, weil erstmals sämtliche Schichten der Zellen praktisch verlustfrei mit dem industriell nutzbaren Schlitzdüsenverfahren aufgetragen wurden.
Wie funktioniert eine organische Solarzelle?
Klassische Solarzellen bestehen aus kristallinem Silizium, einem anorganischen Halbleiter. Organische Solarzellen nutzen stattdessen kohlenstoffbasierte Moleküle oder Kunststoffe (Polymere), die ebenfalls Halbleitereigenschaften haben. „Organisch“ heißt hier also nicht „biologisch“, sondern „auf Kohlenstoffchemie beruhend“.
Der physikalische Ablauf unterscheidet sich in einem wichtigen Punkt vom Silizium. Trifft Licht auf Silizium, entstehen ein freies Elektron und ein „Loch“ (die positiv geladene Lücke, die das Elektron hinterlässt). Beide trennen sich bei Raumtemperatur praktisch von selbst. In organischen Halbleitern dagegen bleiben Elektron und Loch zunächst als Paar aneinander gebunden. Dieses Paar heißt Exziton.
Kurz erklärt: Exziton
Ein Exziton ist ein durch Licht angeregtes Elektron, das noch elektrisch an „sein“ Loch gebunden ist – ähnlich wie zwei Magnete, die aneinander haften. Solange das Paar zusammenbleibt, fließt kein Strom. Erst wenn es an einer geeigneten Grenzfläche getrennt wird, können Elektron und Loch getrennt zu den Elektroden wandern. Exzitonen leben nur sehr kurz und kommen dabei nur etwa 10 Nanometer weit, das ist rund ein Zehntausendstel der Dicke eines Haares.
Der Trick: zwei Materialien, fein ineinander verwoben
Damit das Exziton getrennt wird, kombiniert man zwei organische Halbleiter: einen Donor, der gern Elektronen abgibt, und einen Akzeptor, der sie gern aufnimmt. An der Grenze zwischen beiden „springt“ das Elektron in den Akzeptor, das Loch bleibt im Donor zurück. Danach wandern beide Ladungen durch ihr jeweiliges Material zur passenden Elektrode.
Weil das Exziton nur wenige Nanometer weit kommt, muss überall in der Schicht eine Grenzfläche in der Nähe sein. Deshalb werden Donor und Akzeptor als Mischung aufgetragen, die sich beim Trocknen zu einem fein verästelten Netzwerk entmischt. Fachleute nennen das „Bulk Heterojunction“ (übersetzt etwa: Grenzfläche im ganzen Volumen). Die Kunst besteht darin, diese Nanostruktur gezielt einzustellen – und genau das wird schwieriger, sobald man nicht mehr kleine Laborproben, sondern große Flächen beschichtet.
Einen großen Sprung brachten seit etwa 2019 neue Akzeptor-Moleküle, die nicht mehr auf Fullerenen (kugelförmigen Kohlenstoffmolekülen) beruhen. Mit ihnen erreichen die besten organischen Laborzellen inzwischen Wirkungsgrade von über 20 Prozent, wie mehrere begutachtete Studien zeigen. Diese Rekordzellen sind allerdings sehr klein und nicht durchsichtig.
Warum lassen organische Zellen Licht durch?
Silizium schluckt das gesamte sichtbare Licht – deshalb sind normale Module dunkel. Organische Moleküle lassen sich chemisch so maßschneidern, dass sie bevorzugt in bestimmten Wellenlängenbereichen absorbieren, zum Beispiel im nahen Infrarot, das unser Auge nicht sieht. Einen Teil des sichtbaren Lichts lassen sie dann passieren. Diese wellenlängenabhängige Transparenz nennt Fraunhofer ISE eine besondere Stärke der organischen Photovoltaik.
Im Freiburger Modul liegt die organische Absorberschicht zwischen zwei Elektroden, die beide ebenfalls durchsichtig sein müssen. Die obere Elektrode besteht aus PEDOT:PSS, einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, ganz ohne Metall. Die untere Elektrode wird auf das Trägerglas gesputtert und reflektiert Infrarotlicht zurück in den Absorber, damit es eine zweite Chance bekommt, absorbiert zu werden.
Die Lichtnutzungseffizienz: Strom und Durchblick in einer Zahl
Bei durchsichtigen Modulen sagt der Wirkungsgrad allein wenig aus: Ein dunkles Modul erzeugt immer mehr Strom als ein helles. Deshalb rechnet man mit der Lichtnutzungseffizienz (englisch „Light Utilization Efficiency“, LUE): Wirkungsgrad mal mittlere Durchlässigkeit für sichtbares Licht. Für das Freiburger Modul ergibt das 9,26 % × 0,432 ≈ 4,0 %. Je höher dieser Wert, desto besser gelingt der Spagat zwischen Stromerzeugung und Durchsicht.
Warum ist das Herstellungsverfahren so wichtig?
Viele Rekorde der organischen Photovoltaik entstehen per Rotationsbeschichtung („Spin-Coating“): Ein Tropfen Lösung wird auf eine schnell drehende Probe gegeben und zu einem hauchdünnen Film geschleudert. Das funktioniert gut auf wenigen Quadratzentimetern, lässt sich aber nicht auf Glasscheiben oder Folienrollen übertragen.
Beim Schlitzdüsenverfahren (englisch „Slot-Die-Coating“) wird die Lösung dagegen durch einen schmalen Spalt gleichmäßig auf ein Substrat aufgetragen, das darunter durchläuft – vergleichbar mit einem sehr präzisen Streichen. Das Verfahren wird in der Industrie bereits für Beschichtungen auf großen Flächen und im Rolle-zu-Rolle-Betrieb genutzt. Die Rückelektrode wird per Sputtern (Kathodenzerstäubung) aufgebracht, einem Standardverfahren etwa der Architekturglas-Beschichtung. Die Verschaltung der über 100 Einzelzellen erfolgt durch Laserstrukturierung.
Die Herausforderung: Jede Schicht ist nur Nanometer bis wenige hundert Nanometer dick, muss lückenlos sein und darf die darunterliegende Schicht beim Auftragen nicht anlösen. Gleichzeitig muss sich in der Absorberschicht die richtige Donor-Akzeptor-Struktur bilden. Dass dies mit industrietauglicher Technik „praktisch verlustfrei“ gegenüber Laborverfahren gelang, ist der Kern der Meldung.
Einordnung: Wo steht die Technik?
| Eigenschaft | Kristallines Silizium (Dachmodul) | Organische PV (semitransparent) |
|---|---|---|
| Wirkungsgrad | rund 20–23 % | bis 9,26 % (Forschungsmodul) |
| Durchsicht | keine | im Mittel 43,2 % des sichtbaren Lichts |
| Gewicht/Form | starr, mit Glas und Rahmen | auf Glas oder flexibler Folie möglich |
| Herstellung | Hochtemperatur-Prozesse | Beschichtung aus Lösung bei niedrigen Temperaturen |
| Langzeiterfahrung | Jahrzehnte im Feld | begrenzt, Stabilität ist Forschungsthema |
| Marktreife | Standard | Nischenprodukte, Forschungsstand |
Der größte offene Punkt ist die Haltbarkeit. Organische Halbleiter reagieren empfindlich auf Sauerstoff, Feuchtigkeit und UV-Licht und brauchen deshalb eine sehr dichte Verkapselung. Siliziummodule haben ihre Langlebigkeit über Jahrzehnte im Feld bewiesen; für organische Module fehlen solche Erfahrungen im großen Maßstab noch. Die Freiburger Veröffentlichung belegt vor allem die Herstellbarkeit und die Leistung zu Beginn, nicht eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr.
Was bedeutet das für Sie?
- Für das Hausdach ändert sich nichts. Wer heute eine PV-Anlage plant, erzielt mit Siliziummodulen pro Quadratmeter mehr als doppelt so viel Strom wie mit dem neuen Forschungsmodul – mit erprobter Lebensdauer. Auf neue Technik zu warten, lohnt sich hier nicht.
- Interessant wird es für Glasflächen. Fenster, Wintergärten, Terrassenüberdachungen, Glasfassaden oder Gewächshäuser erzeugen bisher keinen Strom. Halbtransparente Module könnten diese Flächen zusätzlich nutzbar machen – als Ergänzung, nicht als Ersatz für die Dachanlage.
- Realistischer Zeithorizont: Der Schritt zu industrietauglichen Verfahren ist wichtig, aber bis zu fertigen, zertifizierten Bauprodukten mit Garantien für Fenster und Fassaden dürften noch einige Jahre vergehen. Zuerst sind Spezialanwendungen in Architektur und Landwirtschaft zu erwarten.
- Der Wechselrichter bleibt gleich wichtig: Auch Strom aus künftigen Fassaden- oder Fenstermodulen muss gewandelt, gespeichert und im Haus verteilt werden. Ein Hybrid-Wechselrichter mit Speicher ist dafür die Basis – egal, welche Zelltechnik den Strom liefert.
Wie sich Forschung an neuen Zellmaterialien entwickelt, haben wir zuletzt auch beim Thema Perowskit-Solarzellen und umweltfreundliche Lösungsmittel beleuchtet.
Sie möchten wissen, welche bewährte Technik heute auf Ihr Dach passt? Einen Überblick über die Komponenten, die wir verbauen, finden Sie unter Unsere Technik – oder Sie fordern direkt ein unverbindliches Angebot an.
Quellen
- „Semi-transparent PV Modules Developed Using an Industry-ready Manufacturing Process“, Presseinformation, Fraunhofer ISE, 24.08.2026: ise.fraunhofer.de
- Fachveröffentlichung in Joule (Cell Press), Anfang August 2026, begutachtet (laut Fraunhofer ISE)
- „Semitransparente organische PV-Module erreichen 9,26 Prozent“, Solarserver, 25.08.2026: solarserver.de
- „Vom Labor zur industriellen Fertigung: Organische PV überwindet Skalierungshürde“, Solarbranche.de/IWR, 25.08.2026: solarbranche.de
- „Fraunhofer ISE develops semi-transparent organic solar PV modules with a 9.26% conversion efficiency“, PV Tech, August 2026: pv-tech.org
- „Single-junction organic solar cells with a power conversion efficiency of more than 20%“, Nature Energy, 2024 (begutachtet): nature.com
- „Organic solar cells with 20.82% efficiency and high tolerance of active layer thickness …“, Nature Materials, 2024 (begutachtet): nature.com
- „Organische PV: FAU und HI ERN-Forschende verbessern Wirkungsgrad-Weltrekord“ (zertifiziertes Modul mit 14,46 %), IWR, 02.01.2024: iwr.de
- NREL, „Best Research-Cell Efficiency Chart“: nrel.gov