Forscher an der Bergischen Universität Wuppertal haben kürzlich eine Silizium- und eine Perowskit-Solarzelle miteinander verheiratet, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Doch wie im Leben der Menschen könnte das der Auftakt zu etwas anderem sein. Nämlich der Auftakt zur Scheidung. Denn Perowskit ist im schwer im Kommen, könnte Silizium schon bald abhängen. Der Grund: Der Newcomer lässt sich weitaus billiger und mit viel weniger Energie herstellen. Und der Wirkungsgrad reicht schon heute an den von polykristallienen Siliziumzellen heran. Solarstrom auf Perowskit-Basis würde also drastisch billiger. Und Solarstrom ist in sonnenreichen Ländern längst billiger jeder andere Grünstrom, der aus anderen Quellen und mit anderen Technologien gewonnen wird.

Auch in Deutschland lohnt sich Solarenergie durchaus. Jedenfalls dann, wenn die Fotovoltaikanlage auf dem Dach des Hauses mit einer Batterie und einem intelligenten Strommanagement gekoppelt wird. Dann kann der eigene Strom, wenn die Batterie nicht überdimensioniert und damit konkurrenzlos teuer ist, bis zu 75 Prozent des Eigenbedarfs eines Haushalts abdecken. Bei Strompreisen von 30 Cent pro Kilowattstunde kommt da schon eine Menge zusammen.

Noch günstiger aber ist es, Photovoltaikanlagen in virtuelle Kraftwerke einzubringen – so wie sie der Schwarzwälder Solarstromvermarkter Sonnen installiert hat. Bei diesem System wird der Batterie Strom entnommen, wenn zu wenig ins öffentliche Netz eingespeist wird. Im Gegenzug bekommt der Teilnehmer kostenlos Strom aus dem Netz, wenn darin gerade Überfluss herrscht. Auch wenn die Solarmodulpreise derzeit anziehen lohnt sich die Anschaffung von PV-Anlagen noch, nicht zuletzt wegen der niedrigen Zinsen.

Energiehungrige Silizium-Produktion

Aber wird das auch so bleiben? Oder wartet man besser, bis die hochgelobten Perowskit-Zellen am Markt sind? Dass Solarmodule auf Siliziumbasis, die im privaten Bereich den mit Abstand höchsten Anteil haben, teurer werden liegt, wie bei Preissteigerungen in vielen anderen Bereichen nicht zuletzt an den Energiekosten. Denn um kristalline und polykristalline Solarzellen herstellen zu können, muss das Silizium verflüssigt werden. Gut 1400 Grad Celsius sind dazu erforderlich – das frisst zunächst also einmal eine Menge Energie. Hinzu kommt die Teuerung bei den Transportkosten – ebenfalls eine Folge der steigenden Energiepreise. Und die Mehrzahl der Solarmodule kommt nun einmal aus Südostasien.

„Es scheint aus heutiger Sicht ausgeschlossen, dass eine schnelle Besserung der Lage eintritt und der Preisanstieg bei nahezu allen Komponenten, die für die Errichtung von Photovoltaik-Anlagen benötigt werden, gestoppt werden kann“, sagt Martin Schachinger, Geschäftsführer des Solargroßhändlers pvXchange in Mömbris bei Aschaffenburg. Die Preise im März seien „noch lange nicht an ihren Höchststand 2022 gekommen“. Andererseits gingen die Anlagenkosten in den letzten Jahren auch stark zurück. Musste man laut Statista 2008 für ein Kilowatt Peak noch 4000 Euro zahlen, lag der Preis zehn Jahre später bei knapp 1000 Euro.

Perowskit-Zellen halten nicht sehr lange

Also besser warten, bis die Perowskit-Zelle auf dem Markt erscheint? Das kann dauern, denn die Lebensdauer dieser neuen Zellen ist noch längst nicht akzeptabel, obwohl in aller Welt Fortschritte gemeldet werden. Etwa von einem schweizerisch-amerikanischen Team: Dem Materialwissenschaftler Aram Amassian, Professor an der North Carolina State University in Raleigh, und Michael Grätzel, Professor für Chemie an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), ist es gelungen, eine preiswerte Herstellungstechnik für längerlebige Zellen auf Perowskit-Basis zu entwickeln. Sie haben dazu das so genannte „spin coating“, das bereits bei der Herstellung von winzigen Solarzellen erfolgreich eingesetzt wird, auf große Wafer übertragen.

Bei diesem Verfahren wird eine Suspension aus fein gemahlenem Perowskit-Pulver und einer Flüssigkeit hergestellt. Diese tropft anschließend auf einen rotierenden Wafer. Auf Grund der Fliehkraft verteilt sich die Suspension gleichmäßig auf der Oberfläche. Dabei verdunstet die Flüssigkeit – übrig bleibt eine hauchdünne feste Perowskit-Schicht auf dem Wafer.

Hunderte mögliche Kombinationen

Perowskit-Keramik kommt in der Natur vor. Sie hat eine bestimmte Struktur, die Solarforscher im Labor aus verwandten Materialien, darunter Metallen, nachbauen. Es gibt hunderte mögliche Kombinationen, die am Forschungszentrum Jülich (FZJ) systematisch auf ihre Eignung hin überprüft worden sind. Aus den besten stellte ein Team um Professor Christoph Brabec vom Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg (HI ERN), das zum FZJ gehört, eine Solarzelle her und testete sie gewissermaßen im Zeitraffer auf ihre Standfestigkeit. Sie musste 1450 Stunden unter simulierter Sonneneinstrahlung bei Temperaturen um die 65 Grad Celsius im Labor überstehen und blieb über den gesamten Testzeitraum hinweg weitgehend stabil.

Daraus schließt Brabeck, dass unter normalen Bedingungen eine Lebensdauer von 20.000 Stunden erreicht werden könnte, also etwa 2,5 Jahre hält. Zum Vergleich: Silizium-Zellen halten dagegen 20 Jahre und länger.

Es ist also noch viel zu tun, bis Solarzellen zum billigen Massenartikel werden..