Die Entwicklung herkömmlicher Silicium-Solarzellen gilt als weitgehend ausgereizt. Die Forschung in Europa konzentriert sich deshalb auf Solarzellen auf Perowskit Basis. Diese dürften laut der Schweizer Forschungsanstalt Empa aber erst in fünf bis zehn Jahren marktreif sein. Dann aber könnten sie die Kosten von Solaranlagen senken. Das geht aus einem Forschungsbericht hervor, den die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Anfang April in ihrem Magazin „EmpaQuarterly“ veröffentlicht hat.
„Wir machen gute Fortschritte, und es besteht ein großes Interesse aus der Indus trie“, wird Empa-Forscher Fan Fu darin zitiert. Doch zunächst gelte es, die Perowskit-Zellen von den heutigen Prototypen, die wenige Zentimeter umfassten, auf Industriegröße zu skalieren und sie wirksam vor Witterungseinflüssen zu schützen. Der Forscher zeigt sich optimistisch, dass dies gelingen wird, allerdings erst im erwähnten Zeitraum.
Mit Unterstützung von KI-Methoden wollen Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die Herstellungsprozesse für hocheffiziente und hauchdünne Perowskit-Solarzellen verbessern. Foto: KIT
„Die Forschung beschäftigt sich erst seit knapp 15 Jahren mit Perowskit-Solarzellen“, so Fu. „An Siliziumzellen wird immerhin schon seit fast 70 Jahren geforscht.“ Mittlerweile sei die Entwicklung der herkömmlichen Siliziumzellen an ihre Grenzen gestoßen. „Zwar ließen sich noch ein paar wenige Prozentpunkte mehr herausholen, aber die theoretische Obergrenze für den Wirkungsgrad einer Silizium-Einfachzelle liegt bei 33 Prozent“, heißt es im Empa-Beitrag.
Wirkungsgrad von über 30 Prozent angestrebt
Perowskite sind eine Gruppe von Materialien, die eine cha rakteristische Kristallstruktur aufweisen und die Nutzung der Sonnenenergie deutlich effizienter, flexibler und unabhängiger machen können. Vorangetrieben wird die Entwicklung der Perowskit-Tandemzellen unter anderem von der EU. Am Forschungsprojekt „SuPerTandem“ beteiligen sich neben der Empa 14 weitere Forschungsinstitutionen und Unternehmen. Ziel ist die Herstellung flexibler Perowskit-Tandem-Module mit einem Wirkungsgrad von über 30 Prozent, die sich zudem skalierbar und kostengünstig produzieren lassen.
In Kooperation mit dem Branchendienst energate.
Laut Fu ist das Herstellungsverfahren eine weitere Stärke der Perowskit-Solarzellen. „Für Silicium-Solarzellen braucht es in der Regel hochreine Silizium-Monokristalle, die bei hoher Temperatur hergestellt werden“, erklärt er. „Perowskit-Dünnschichten können dagegen gedruckt, verdampft oder aus der Lösung abgeschieden werden, mit einem entsprechend niedrigen CO2-Fussabdruck.“
Einsatz auf Autodächern oder Leichtbauten
Gelingt der Durchbruch, würden sich die Kosten von Solaranlagen laut dem Empa-Forscher senken lassen, da dank der effizienteren Perowskit-Solarzellen eine kleinere PV-Anlage dieselbe Stromproduktion erbringe wie herkömmliche Anlagen. Zudem ließen sich Dünnschichtzellen aus Perowskit auf leichten flexiblen Folien herstellen anstatt auf schweren, starren Glasplatten wie Siliziumzellen. „Dadurch lassen sie sich auch an mehr Orten einsetzen, etwa auf Autodächern oder auf Bauwerken mit geringer Tragkraft“, so die Empa.
Das niederländische Startup wollte wie die Kollegen von Sono Motors einen Teil des Fahrstroms mithilfe von Solarzellen gewinnen, die auf die Karosserie geklebt werden sollten. Die Idee war gut – doch beide Projekte scheiterten. Foto: Lightyear
Neben „SuPerTandem“ arbeitet Fan Fus Team in zwei Schweizer Projekten an der Entwicklung der Perowskit-Zellen. Dazu zählt ein Projekt, das vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) gefördert wird. Dabei gehe es darum, grundlegende Eigenschaften und Herausforderungen der Perowskit-Solarzellen, die zu ihrer Effizienz und Stabilität beitragen, besser zu verstehen. Ein weiteres Projekt mit dem Bundesamt für Energie gilt der erwähnten Skalierung der selbst entwickelten Tandem-Zellen.