Die Erforschung der Perowskit-Solarzellen boomt. Mehr als 1000 Publikationen sind zu diesem Thema in einem Jahr erschienen. Die Perowskit-Solarzellen sind günstig, biegsam, und gelten als möglicher Durchbruch in der Solarenergie. Innerhalb weniger Jahre konnte die Effizienz der kostengünstigen Solarzellen von knapp 4 Prozent auf über 20 Prozent gesteigert werden. Nachfolgend erfährst du alles Wissenswerte rund um die Solarzellen.
Was sind Perowskit Solarzellen?
Die Solarzellenforscher haben es bisher nicht unbedingt einfach. Sie müssen sich dafür entscheiden, ob sie lieber die Solarzellen günstig herstellen möchten. Dann müssen aber Abstriche beim Wirkungsgrad gemacht werden. Oder sie wollen eine höhere Effizienz, aber treiben damit ebenso die Kosten rasant in die Höhe. Solarenergie ist gefragter denn je, doch wie wird sie am besten umgesetzt? Die Branche setzt nun auf ein Material, das günstiger als Silizium sein könnte und darüber hinaus noch einen sehr guten Wirkungsgrad verspricht: Perowskit. Das schwarze Mineral, das 1839 im Ural entdeckt wurde, macht in der Photovoltaik Karriere. Es besitzt einen hohen Wirkungsgrad und kann sehr einfach und kostengünstig verarbeitet werden. Die kleinen Perowskit-Solarzellen werden im Labor hergestellt. Sie basieren meist auf Siliziumund. Ihre Fläche beträgt in der Regel nur 0,1 Quadratzentimeter, da es bei größeren Zellen zu Einbußen hinsichtlich des Wirkungsgrads kommt. Durch die Entwicklung der Perowskit Solarzellen hat die Photovoltaik in den vergangenen Jahren einen immensen Anschub bekommen. Die Solarzellen haben innerhalb weniger Jahre Forschung eine maßgebliche Bedeutung angenommen. Als „Solarzellen der dritten Generation“ sind sie eines der beliebtesten Themen, wenn es um nachhaltige Energien geht.
Wie funktionieren die Perowskit Solarzellen?
Da die Produktion der Silicium-Solarzellen kostspielig ist, hat die Wissenschaft in den vergangenen Jahrzehnten an alternativen Technologien geforscht, die auf organischen Materialien oder Hybridmaterialien basieren. In organischen Solarzellen wird beispielsweise der P3HT/PCBM-Heterokontakt genutzt. Die Umwandlung des Sonnenlichts in Elektrizität erfolgt folgendermaßen: Absorption des Sonnenlichts und Bildung eines Exzitons, danach die Exzitonendiffussion zur Donor-Akzeptor-Grenzfläche, die Exzitonentrennung zu freien Ladungsträgern sowie die Ladungsextraktion an den Elektroden. Bei Tests stellte sich heraus, dass die Module auch nach über 5000 Stunden noch intakt sind und der Wirkungsgrad kaum gesunken ist. Dies entspricht einer Haltbarkeit von mehr als fünf Jahren. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich, dass sie auch 20 Jahre und noch mehr halten und damit sehr interessant sind.
Hocheffiziente Perowskit Solarzellen
Die Solarzellen sind die Überraschung der vergangenen Jahre. Der Wirkungsgrad konnte innerhalb kürzester Zeit auf 21 Prozent gesteigert werden. Es gibt bisher kein anderes Photovoltaik-Material, das solch schnelle Fortschritte verzeichnen konnte. Forscher weltweit sind von den Perowskit Solarzellen fasziniert. Der Grund hierfür ist nicht nur die rasante Steigerung des Wirkungsgrads innerhalb weniger Jahre, sondern auch, dass die Perowskit-Materialien die Wellenlängenbereiche des Lichts in Strom umwandeln können, die in den Silizium-Solarzellen lediglich ineffizient genutzt werden. Daraus resultiert neben den besonders hohen Wirkungsgraden, dass das Sonnenlicht besser genutzt werden kann.
Wo liegen noch die Schwerpunkte, an denen gearbeitet werden muss?
Das größte Problem der Solarzellen ist die Instabilität, da das Kristallgitter gegenüber Umwelteinflüssen empfindlich ist. Das Ziel besteht darin, es besser einzukapseln und zu schützen. Auf diese Weise kann es stabiler gemacht werden. Eine entscheidende Stabilisierung der Materialien ist die Brücke hin zur Industrialisierung. Laut Ansicht der Forscher wird es noch einige Jahre dauern, bis die Perowskit-Solarzellen stabil genug sind für den effektiven Dauereinsatz in der Natur. Neben den Stabilitätsproblemen besitzen die Solarzellen noch das Manko, dass im Kristallgitter Blei enthalten ist. Das giftige Schwermetall macht eine wirtschaftliche Verwendung nicht möglich. Die europäische RoHS-Richtlinie untersagt den Einsatz in Solarzellen. Viele Forscher versuchen, Zinn statt Blei zu verwenden. Mit diesem Ersatzmaterial lassen sich vom Prinzip her hochwertige Solarzellen bauen, doch Zinn ist nicht langfristig stabil. Es ist noch nicht klar, ob das Problem zufrieden stellend gelöst werden kann.
Fazit
Dies war alles Wissenswerte rund um die Perowskit-Solarzellen. Im Allgemeinen können Solarzellen zum Schutz des Klimas beitragen. Daher ist solch hohes globales Gut grundsätzlich sehr wertvoll. Die Probleme, die die Perowskit-Solarzellen noch aufweisen, können sich vielleicht von selbst lösen, wenn sie bleifrei werden. Forscher und Unternehmen sind längst von Perowskit überaus begeistert. Wenn alles gut läuft und sich dafür Investoren finden, könne eine Fertigung für großflächige Perowskit-Module gestartet werden, heißt es. Die Kosten pro Wattpeak könnten auf 19 Cent sinken. Bleibt abzuwarten, wie die Entwicklung weiter geht.
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