Effektive UND billige Solarzellen

Gebogene Solarzelle aus PerowskitSchon mal was von Perowskit gehört? Nicht? Ich bis vor Kurzem auch nicht. Perowskit war ursprünglich ’nur‘ der Name für das natürlich auftretende Mineral Kalziumtitanoxid CaTiO3, wird aber heute auch für andere Minerale mit ähnlicher Kristallstruktur verwendet. Einige von diesen, beispielsweise CH3NH3PbI3, haben sich in den letzten Jahren als sehr interessante Alternative für die günstige Herstellung der aktiven Schicht in Solarzellen herauskristallisiert – schönes Wortspiel 🙂 Dabei scheinen auch die zur Zeit im Labor erreichten Wirkungsgrade von ca. 20% schon fast konkurrenzfähig zu herkömmlichen Solarzellen, die auf Basis von Silizium hergestellt werden. Doch die Sache hat leider auch einen Haken.

Waren Perowskite bis vor 5 Jahren noch ein völlig unbeschriebenes Blatt in der Solarindustrie, kommt man heute kaum mehr um sie herum, wenn man sich mit der Zukunft von Solarzellen beschäftigt. Da man mit diesen Mineralien schon so kurz nach ihrer ersten Nutzung günstige, extrem dünne und sogar flexible Solarzellen herstellen kann, scheinen sie das Potential zu besitzen, der Nachfolger von hochreinem Silizium zu werden. Für eine entsprechende Steigerung des Wirkungsgrades haben herkömmliche Solarzellen beispielsweise mehr als 25 Jahre gebraucht.

Zwar hat man mit Dünnschichtzellen bereits seit einigen Jahren eine gefragte Alternative auf dem Markt, doch werden für deren Herstellung häufig seltene Grundstoffe eingesetzt, durch deren Verwendung die Herstellung dieser Solarzellen teurer wird. Neben amorphem und mikrokristallinem Silizium stehen auch Verbindungen wie Gallium-Arsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-(Gallium)-Schwefel/Selen (CIS bzw. CIGS) und neuerdings auch Kupfer-Zink-Zinnsulfid (CZTS, wird noch erforscht) zur Verfügung. Interessant ist in diesem Zusammenhang wohl auch, dass Solarzellen mit Perowskit eine Spannungsdifferenz von ca. 1 Volt erzeugen, 0,3 Volt mehr als Dünnschichtzellen.

Wie eingangs schon erwähnt, gibt es leider einen Haken. Und dieser hinter in den Buchstaben ‚Pb‘ verborgen. ‚Pb‘ ist die Abkürzung für das chemische Element Blei (lateinisch ‚plumbum‘) und das ist ein giftiges Schwermetall. Bleiverbindungen können durch Verschlucken oder Einatmen aber auch durch Hautkontakt in den menschlichen Körper gelangen und diesen vergiften oder Krebs verursachen. Daher sind die Behörden bei der Freigabe des Einsatzes von Blei eher zurückhaltend. Da in Perowskit-Solarzellen jedoch bisher Blei verwendet wird, um eine gute Effizienz zu erreichen, muss man sich nach Alternativen umsehen. Zinn scheint eine Möglichkeit zu sein, aber das geht auf Kosten des Wirkungsgrades, der um zwei Drittel fällt.

Zudem liegt die Haltbarkeit der Perowskit-Zellen noch bei einem Bruchteil derer von Zellen aus Silizium. Insbesondere Feuchtigkeit macht den Zellen aus mineralischem Material, was mit Salzen vergleichbar ist, schwer zu schaffen. Eine Kapselung der Zellen könnte hier helfen. Den Entwicklern ist auch noch nicht klar, ob man aus den im Labor hergestellten Zellen mit einer Größe von einer Briefmarke in einer Serienproduktion normalgroße Solarzellen ohne Verluste des Wirkungsgrades herstellen kann.

Es gibt also noch etliche Fragen zu beantworten. Ich bin aber gespannt, was die nächsten 5 Jahre bringen. Mit solaren Maßstäben gemessen ist das ja ein eher extrem kurzer Zeitraum.

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