Geringer Produktionsaufwand 04.03.2014, 09:49 Uhr

Das Mineral Perowskit verspricht billigere Solarzellen

Mit Perowskit, einem realtiv häufig vorkommenden Mineral aus der Mineralklasse der Oxide und Hydroxide, haben Forscher ein interessantes neues Material gefunden, das sich als Alternative zu Silizium bei der Produktion von Solarzellen eignet. Schweizer Wissenschaftler haben jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Perowskit ohne besonderen technischen Aufwand verarbeiten lässt. 

Michael Grätzel von der ETH Lausanne.

Michael Grätzel von der ETH Lausanne.

Foto: Alain Herzog/EPFL

Das verspricht effizientere Solarzellen zu einem deutlich attraktiveren Preis als Silizium. Experten sprechen von einer Innovation, die das Potenzial hat, die Fotovoltaik nachhaltig zu verändern.

Ein innovatives Material mit hohem Wirkungsgrad

Die neue „Wunderwaffe“ der Energieerzeugung basiert auf einer Verbindung aus der Gruppe der Titanate. Das US Magazin „Science“ zählte Perowskit-Solarzellen immerhin zu den zehn wichtigsten wissenschaftlichen Erfolgen in 2013. Perowskite eignen sich so gut, weil sie die Lichtenergie gut absorbieren und gleichzeitig hohe Diffusionslängen aufweisen. Die Distanz, die ein Elektron zurücklegt, bevor es seinen angeregten Zustand verliert und wieder Teil der Kristallbildung wird, ist bei ihnen besonders groß. Während das bei einzelnen anderen Materialien zwar auch der Fall ist, lassen sich letztere nicht ohne hochgiftige Lösungsmittel bei Raumtemperatur produzieren.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft Aktiengesellschaft in München-Firmenlogo
Underwriter Downstream / Energy (m/f/d)* Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft Aktiengesellschaft in München
München Zum Job 
Deutsche Infineum GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Engineering Leader (m/f/d) Deutsche Infineum GmbH & Co. KG
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
(Junior) Ingenieur Arbeitssteuerung und Qualitätsmanagement (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Baukoordination und Qualitätssicherung (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Stadt Ochtrup-Firmenlogo
Bauingenieur/in / Bautechniker/in (m/w/d) im Bereich Straßenbau Stadt Ochtrup
Ochtrup Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieurin oder Ingenieur im Straßenbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Wolfenbüttel, Braunschweig Zum Job 
Kölner Verkehrs-Betriebe AG-Firmenlogo
Genehmigungsplaner*in Stadtbahnanlagen Kölner Verkehrs-Betriebe AG
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Technische*r Betriebsführer*in für Wind / Photovoltaik / Batteriespeicher (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Montanuniversität Leoben-Firmenlogo
Universitätsprofessur (m/w/d) für das Fachgebiet Verarbeitung von Verbundwerkstoffen und Design für Recycling Montanuniversität Leoben
Leoben (Österreich) Zum Job 
Advanced Nuclear Fuels GmbH-Firmenlogo
Beauftragter (m/w/d) für Energiemanagement, Gefahrgut und Abfallwirtschaft Advanced Nuclear Fuels GmbH
Karlstein Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Hamm, Münster Zum Job 
Hamburg Wasser-Firmenlogo
(Bau-)Ingenieur als Vergabesachbearbeiter (m/w/d) Bauleistungen Hamburg Wasser
Hamburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Bauwerksmanagement Die Autobahn GmbH des Bundes
Hamm, Münster Zum Job 
Cummins Deutschland GmbH-Firmenlogo
Functional Safety Engineer (m/f/d) Cummins Deutschland GmbH
Nürnberg Zum Job 
Cummins Deutschland GmbH-Firmenlogo
Base Software Engineer (m/f/d) Cummins Deutschland GmbH
Nürnberg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Abteilungsleiter (w/m/d) Bauwerks- und Erhaltungsmanagement Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern-Firmenlogo
Bauingenieur für Straßenplanung und Straßenentwurf (m/w/d) Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern
Regensburg Zum Job 
Staatliches Bauamt Freising-Firmenlogo
Ingenieur/in (m/w/d) der Fachrichtung Bau- oder Umweltingenieurwesen im Bereich Radschnellwege Staatliches Bauamt Freising
Freising, München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Bundesanstalt für Immobilienaufgaben-Firmenlogo
Architektin / Architekt oder Bauingenieurin / Bauingenieur als Referentin / Referent im Fachgebiet Große Baumaßnahmen (w/m/d) in der Sparte Facility Management Bundesanstalt für Immobilienaufgaben

Anstoß kam aus Japan

Tsutomu Miyasaka, Professor an der Universität Toin in Yokohama gehört zu den Vorreitern dieser Entwicklung. Schon zwischen 2006 und 2008 setzte der Japaner Perowskit als Rohmaterial in Solarzellen ein. Dabei wurde das Licht nicht durch herkömmliche Farbstoffe eingefangen, sondern durch winzige bleihaltige Perowskit-Kristalle. Der Ausgangsstoff enthielt unter anderem Stickstoff, Blei und Jod. War der Wirkungsgrad anfangs enttäuschend niedrig, so ist es inzwischen gelungen ihn deutlich zu erhöhen. Miyasaka sieht eine Quote von 22 Prozent durchaus in Griffweite. Solarzellenforscher Michael Grätzel von der ETH Lausanne erwartet ebenfalls, dass er bei seinen Solarzellen den Wirkungsgrad von etwa 15 Prozent noch auf 20 bis 25 Prozent steigern könnte. Das entspricht mehr oder weniger den Werten der gegenwärtigen Zellen auf dem Markt.

Eine effektive Produktionsart

Grätzels Forschungsgruppe ist es jetzt zudem gelungen eine besonders effektive Produktionsart zu entwickeln. Dabei können die Solarzellen ganz ohne Vakuum in wenigen Minuten hergestellt werden. Bei der Produktion wird eine Flüssigkeit aus Metallen und organischen Bestandteilen auf ein poröses Substrat aus dem bekannten Weißpigment Titandioxid, das in jeder Zahnpasta vorkommt, aufgetragen.

Die Flüssigkeit versickert innerhalb einer Minute. Danach wird das Substrat zwischen Elektroden angeschlossen. Um das Sonnenlicht nahezu vollständig einzufangen, genügt bereits eine dünne Lage des Materials. Das ermöglicht die Herstellung viel dünnerer Solarzellen.

Einige Forscher sehen die Chancen für Perowskit vor allem in Kombination mit Siliziumzellen. Gab es bisher keinen geeigneten Partner für Silizium, so kommt Perowskit nahe an die Werte von Silizum heran. Dabei wird argumentiert, dass die Absorbation von Licht bei  Perowskit-Materialien im Infrarotbereich des Spektrums nicht besonders gut ist. Hier liegt wiederum die Stärke der Silizium-basierten Solarzellen. In der Theorie könnte eine mehrschichtige Struktur mit beiden Materialtypen die Energieumwandlung maximieren und eine Effizienz von sogar über 30 Prozent erreichen.

Einige Hürden müssen noch überwunden werden

Der größte Nachteil des neuen Materials liegt an dem, wenn auch nur sehr geringem Bleianteil. Es wird befürchtet, dass die Politik in Zukunft Richtlinien durchsetzen könnte, die Blei aus Solarzellen verbannt. Eine andere Hürde ist, dass die Produktion noch nicht stabil und zuverlässig ist.

 

Ein Beitrag von:

  • Peter Odrich

    Peter Odrich studierte Betriebswirtschaftslehre mit Schwerpunkt Verkehrsbetriebe. Nach 28 Jahren als Wirtschaftsredakteur einer deutschen überregionalen Tageszeitung mit langer Tätigkeit in Ostasien kehrte er ins heimatliche Grossbritannien zurück. Seitdem berichtet er freiberuflich für Zeitungen und Technische Informationsdienste in verschiedenen Ländern. Dabei stehen Verkehrsthemen, Metalle und ostasiatische Themen im Vordergrund.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.