Perowskit: Das neue Material für günstige Solarzellen?

perowskit
Foto: CC0 / Pixabay / andreas160578

Perowskit-Solarzellen bieten hohe Effizienz und könnten dank geringer Fertigungskosten die Photovoltaik-Branche revolutionieren. Wir verraten dir mehr über dieses Material und sein Energiepotenzial.

Solarzellen aus Perwoskit sollen den vertrauten blauen Siliziumzellen – der bisher wohl verbreitetsten Photovoltaik-Technologie – echte Konkurrenz machen können und so zur Verbreitung Erneuerbarer Energien beitragen. Doch trotz der Chancen, die Perwoskit bietet, stellt das Material die Forschung noch vor Herausforderungen. Um welche Chancen und Herausforderungen es sich dabei handelt, erfährst du hier. 

Perwoskit: Was ist das eigentlich und wo kommt es her?

Perwoskit ist ein Mineral, das auch in Deutschland vorkommt.
Perwoskit ist ein Mineral, das auch in Deutschland vorkommt.
(Foto: CC0 / Pixabay / hangela)

Perowskit ist ein häufig vorkommendes Mineral, das sich seiner chemischen Struktur nach als Calcium-Titan-Oxid einordnen lässt. Perowskit entsteht durch Kristallisation aus titanreichem Magma und ist ein häufiger Bestandteil von kieselsäurearmen Gesteinen wie Syenit, Kimberlit oder Karbonatit. Weltweit gibt es zahlreiche Fundorte von Perowskit, unter anderem die Halbinsel Kola in Russland, die Eifel, Zermatt in der Schweiz sowie Val di Susa und Val Malenco in Italien.

Darüber hinaus ist Perowskit ein Sammelbegriff für neuartige Materialien, die eine ähnliche Kristallstruktur wie natürliches Perowskit haben. Bisherige Erprobungen dieses Materials zeigen das Potenzial von Perowskit, höhere Effizienz bei der Energiespeicherung zu erzielen als bisherige Solarzellen. 

Perowskit lässt sich zudem sehr gut zu sogenannten Tandem-Solarzellen verbauen. Sprich: Es ist mit anderen Materialien kombinierbar, sodass die besten Eigenschaften aller verwendeten Baumaterialien zusammenwirken können.

Perowskit in der Solarzelle

Forschungsinstitute arbeiten am Einsatz von Perowskit in Solarzellen.
Forschungsinstitute arbeiten am Einsatz von Perowskit in Solarzellen.
(Foto: CC0 / Pixabay / jarmoluk)

Bei einer ersten Demonstration im Jahr 2009 erzielte Metallhalogenid-Perowskit als Halbleiter einen Wirkungsgrad von 3,8 Prozent. Seitdem gilt Perowskit als Material der nächsten Generation für die Umwandlung von Solarenergie.

Modernere Perowskit-Solarzellen wiesen bereits zehn Jahre später Wirkungsgrade von über 25 Prozent auf. Diese waren zu der Zeit schon den Rekordwirkungsgraden der Silizium-Photovoltaikzellen nahe. Wirkungsgrade der marktüblichen Silizium-Solarzellen liegen auch heute noch im Bereich von 24 bis 26 Prozent. Bei Perowskit wird dagegen mit Wirkungsgraden von zukünftig 34 Prozent gerechnet.

Problem derzeit ist allerdings die Beständigkeit der Leistung. Perowskit verliert sehr schnell an Wirkung und kann daher noch nicht an die Haltbarkeit herkömmlicher Solarzellen heranreichen. Das Forschungszentrum Jülich arbeitet bereits an diesem Problem und testet verschiedene Kombinationsmöglichkeiten, um eine längere Haltbarkeit von Perowskit zu erzielen.

Verschiedene Forschungsinstitute haben laut energie-experten.org Perowskit bereits als Tandemzelle verbaut und damit immer bessere Ergebnisse und Wirkungsgrade erreicht:

  • Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Nanoelectronics Research Centre (imec) erreichten mit einer Perowskit-CIGS-Solarzelle einen Wirkungsgrad von 24,60 Prozent.
  • Oxford Photovoltaics konnte für eine Perowskit-Silizium-Solarzelle einen Wirkungsgrad von 29,52 Prozent verzeichnen. 
  • Das Helmholtz-Zentrum Berlin erreichte mit einer Perowskit-Silizium-Solarzelle einen Wirkungsgrad von 29,80 Prozent

Chancen und Hindernisse von Perowskit-Solarzellen

Trotz des hohen Potenzials von Perowskit gestaltet sich die Nutzung in der Praxis nicht ganz einfach. Diese Vor- und Nachteile hat das Material auf einen Blick: 

Vorteile/Chancen von Perowskit-Solarzellen

  • günstig 
  • leicht zu verarbeiten
  • effizient

Dank dieser Vorteile könnte sich der Umstieg auf Photovoltaik bald für mehr Menschen lohnen. 

Nachteile bzw. Hindernisse von Perwoskit-Solarzellen

  • im Betrieb noch zu wenig stabil
  • klassische Perowskit-Solarzellen enthalten das Element Blei. Für eine nachhaltige Solarzellen-Technologie ist es aber zwingend nötig, toxische Elemente wie Blei zu vermeiden.

Forschende der ETH Lausanne und der Universität Freiburg sind zurzeit dabei, die Praxistauglichkeit von Perowskit zu erhöhen und Perowskit-Solarzellen zu entwickeln, die dauerhaft hohe Leistung bringen. Um allerdings Erfolg zu haben, muss die neue Technologie mit bestehenden industriellen Herstellungsverfahren kompatibel gemacht werden. Daran feilen die Wissenschaftler:innen noch weiter. 

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg arbeitet an bleifreien Perwoskit-Solarzellen und erforscht aktuell vor allem Perowskit-Schichten auf der Basis von Zinn.

Fazit zur Perowskit-Solarzelle

Für den kommerziellen Einsatz in Photovoltaik-Anlagen sind Perowskit-Solarzellen noch nicht vollständig ausgereift. Sie sind allerdings sehr vielversprechend. Daher arbeiten verschiedene Forschungseinrichtungen mit Hochdruck an Lösungen für die derzeitigen Hindernisse beim Einsatz von Perowskit. 

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