Die Sonne liefert uns täglich grüne Energie. Um Haushalte zu unterstützen, braucht es gute und vor allem kostengünstige Varianten, um die Energiewende voranzutreiben. (Symbolbild, Quelle: American Public Power Association über Unsplash)

Unsere Sonne – sie ist das schlagende Herz unseres Systems und liefert uns theoretisch unbegrenzte und grüne Energie. Damit ihre Energie für jedermann verfügbar ist und wir immer weiter auf Solarstrom setzen können, braucht es erschwingliche Solarzellen.

Forscher der Universität Michigan haben jetzt eine Entdeckung gemacht, die das vielleicht ankurbeln könnte. In ihrem Wissenschaftsartikel vom 09. Januar 2024 sprechen sie von einer Methodik, die Solarzellen um ein Vielfaches günstiger machen könnte. Die Rede ist von Perowskit. Dazu gleich mehr.

Das Problem mit der Solarzellen-Technik

Silizium-Solarzellen sind großartig, weil sie sehr effizient sind und sehr lange halten, aber die hohe Effizienz ist mit hohen Kosten verbunden. Um hochreines Silizium herzustellen, sind Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius erforderlich. Andernfalls ist der Wirkungsgrad nicht so gut.

Das sagt Xiwen Gong, U-M Assistant Professor für Chemieingenieurwesen gegenüber dem Magazin SciTechDaily. Deswegen wird schon länger nach Alternativen wie Perowskit gesucht.

Perowskit ist eine günstigere Alternative in der Herstellung und besitzt mit 25,7 Prozent einen ähnlich hohen Wirkungsgrad wie klassische Silizium-Halbleiter. Die besten Modelle liegen hier bei 27,09 Prozent (monokristalines Silizium).

▶ Laut dem SciTechDaily-Artikel könnten diese Perowskit-Solarzellen 2- bis 4-fach günstiger sein als herkömmliche Solarzellen.

Das Problem bei Perowskit: Diese Solarzellen zersetzen sich, wenn sie mit Feuchtigkeit, Hitze und Luft in Berührung kommen. Ihre Lebensdauer ist deshalb (noch) nicht wettbewerbsfähig mit Silizium.

Blei im Kristallgitter: Perowskit-Kristalle enthalten lose Bleiatome, die vereinfacht gesagt Defekte darstellen. Diese Defekte beschleunigen den Zerfall des Materials zusätzlich und müssen für eine höhere Lebensdauer gebunden werden.

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Michigan-Forscher probierten verschiedene Additive

Damit ihr euch vorstellen könnt, wie so eine Zelle überhaupt aussieht:

So unscheinbar sieht die Solarzelle letztendlich aus. Sie könnte den Solarmarkt trotzdem aufmischen. (Quelle: University of Michigan)

Um die Defekte zu beheben, müssen die Ingenieure weitere Stoffe beimischen, um die Defekte so einzudämmen und das Blei zu binden. Bisher wussten die Ingenieure aber nicht genau, wie Moleküle die Widerstandsfähigkeit von Perowskit-Zellen erhöhen.

Wir wollten herausfinden, welche Eigenschaften der Moleküle speziell die Stabilität des Perowskits verbessern.

Das sagte Hongki Kim, ein ehemaliger Postdoktorand im Bereich Chemieingenieurwesen und einer der Erstautoren der Studie. Sie testeten dafür verschieden große Additive, um das Blei zu binden und Perowskit-Solarzellen zu stabilisieren.

Vereinfacht gesagt fand die Studie heraus, welche Struktur und Eigenschaften (z. B. Größe etc.) die zugefügten Stoffe bestenfalls besitzen müssen, damit die optoelektronischen Eigenschaften und thermische Stabilität von Perowskit verbessert werden können.

Der Preis klassischer Anlagen fällt und doch ist das Potenzial von Perowskit hoch

Der Preis von Polysilizium, dem Grundstoff hinter Siliziumsolarzellen, fällt schon seit einigen Jahren. Das Magazin Business-Insider geht sogar davon aus, dass sich der allgemeine Preis von Solaranlagen halbieren wird.

▶ Warum sollte dennoch an Perowskit geforscht werden? Der Clou liegt neben günstigen Herstellungskosten in sogenannten Tandem-Solarzellen. Bei Tandem-Solarzelle besteht der Aufbau aus mehreren Schichten, wie zum Beispiel aus einer Kombination von einer Silizium- und einer Perowskit-Schicht. Stapelt man diese Schichten übereinander, steigt der Wirkungsgrad deutlich an.

Laut dem Fraunhofer-Institut wurden bereits Wirkungsgrade von über 30 Prozent erreicht. Es bleibt also spannend, wie sich dieses Material in der Zukunft entwickeln wird.

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Was denkt ihr über Perowskit? Wird sich dieses Material durchsetzen, zum Beispiel in Tandem-Solarzellen? Oder denkt ihr, dass es reine Perowskit-Solaranlagen geben wird, wenn der Preis stimmt? Kennt ihr weitere, interessante Tandem-Kombinationen, die vielleicht einen noch höheren Wirkungsgrad aufweisen können? Schreibt es gerne in die Kommentare.