Perowskit-Solarzellen: Weltweit führender Experte forscht ab sofort in Stuttgart
Nam-Gyu Park, Pionier der Perowskit-Solarzellenforschung, wird als Humboldt-Preisträger ab September 2025 am Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart tätig sein. Gemeinsam mit Gastgeber Michael Saliba möchte er die vielversprechende Technologie weiter voranbringen und einen Beitrag zu einer nachhaltigen Energiezukunft leisten.
Perowskit-Solarzellen sind noch nicht so effizient wie Silizium-Zellen. Daran soll nun in Stuttgart geforscht werden.
Foto: SmarterPix/aa-w
Der Chemieingenieur Nam-Gyu Park von der Sungkyunkwan University (SKKU) in Seoul wird in den kommenden Jahren mehrfach für kürzere Forschungsaufenthalte an die Universität Stuttgart reisen. Als Träger des Alexander-von-Humboldt-Forschungspreises wird er ab September 2025 am Institut für Photovoltaik (ipv) tätig sein und dort eng mit Gastgeber Michael Saliba zusammenarbeiten. Im Fokus der gemeinsamen Forschung stehen Perowskit-Solarzellen, eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen siliziumbasierten Solarzellen. Perowskite bezeichnen dabei keine spezifische chemische Verbindung, sondern eine Materialgruppe mit charakteristischer Kristallstruktur. Die Vorteile von Perowskit-Solarzellen liegen in ihrer kostengünstigen Herstellung, hohen Effizienz und vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. Park, einer der weltweit führenden Experten auf diesem Gebiet, verfolgt das ehrgeizige Ziel, diese Technologie zur Marktreife zu führen.
Nanostrukturen als Schlüssel für effiziente Solarenergie
Um Perowskit-Solarzellen für den breiten Einsatz tauglich zu machen, müssen jedoch noch einige Herausforderungen bewältigt werden. Insbesondere gilt es, ihre Langzeitstabilität zu verbessern und die Produktion zu skalieren. Hierbei setzt Park auf den Einsatz nanostrukturierter Materialien, seinem Spezialgebiet. „Nanostrukturen bieten viele Vorteile für Perowskit-Solarzellen“, erläutert der Forscher. „Sie können Oberflächendefekte verhindern, die Ladungstrennung verbessern und Energieverluste verringern. Zudem eröffnen sie neue Anwendungsmöglichkeiten.“ Dank ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität und den niedrigen Produktionstemperaturen eignen sich Perowskit-Solarzellen nicht nur für klassische Solarmodule, sondern auch für Wearables, selbstversorgte Sensoren oder stromerzeugende Fenster. Selbst der Einsatz in der gebäudeintegrierten Photovoltaik, in Plug-in-Fahrzeugsystemen oder Weltraumsatelliten ist denkbar.
Park gehört zu den Pionieren der Perowskit-Forschung und hat die erste funktionierende Solarzelle auf Perowskit-Basis entwickelt. Seitdem war er an zahlreichen weiteren Durchbrüchen beteiligt, die die Technologie entscheidend vorangebracht haben. „Wir konnten beispielsweise die Kristallqualität verbessern und Wege finden, um die Degradation der Zellen durch Feuchtigkeit, Licht und Hitze zu verhindern“, sagt Park. Die Fortschritte sind beeindruckend: Während Parks erster Prototyp einen Wirkungsgrad von neun Prozent aufwies, erreichen Perowskit-Solarzellen heute unter Laborbedingungen bereits eine Effizienz von rund 27 Prozent. Dennoch bleibt die Langzeitstabilität eine Herausforderung. „Um wirklich konkurrenzfähig zu sein, müssten Perowskit-Solarzellen eine ähnliche Lebensdauer wie Silizium-Solarzellen erreichen, also mehr als 25 Jahre. Daran arbeiten wir intensiv“, erläutert Park.
Solarenergie als Schlüssel zur nachhaltigen Energiezukunft
Die Motivation für Parks Forschung ist klar: Er möchte einen Beitrag zu einer nachhaltigen Energiezukunft leisten. „Solarenergie ist die größte erneuerbare Ressource, die uns zur Verfügung steht“, sagt der Wissenschaftler. Doch herkömmliche Solartechnologien stoßen hinsichtlich Effizienz und Kosten an ihre Grenzen und weisen in der Produktion einen zu hohen CO2-Fußabdruck auf. Parks Vision ist es, die Solarenergie kostengünstiger und flexibler zu gestalten, um den globalen Strombedarf im Terawatt- bis Petawattbereich zu decken – einschließlich des wachsenden Energiebedarfs durch Künstliche Intelligenz. „Perowskit-Solarzellen haben das Potenzial, dabei eine Schlüsselrolle zu spielen“, ist Park überzeugt.
In Stuttgart erwartet Park ein Forschungsumfeld mit modernsten Einrichtungen. Am Institut für Photovoltaik wird er eng mit dem Team seines Gastgebers Michael Saliba zusammenarbeiten. Die beiden Wissenschaftler verbindet eine langjährige Bekanntschaft und gegenseitige Wertschätzung. Für die gemeinsame Zeit in Stuttgart haben sie mehrere Ansätze im Blick: In einem Projekt erforschen sie neue Materialkombinationen wie halbleitende Polymere oder anorganische Schichten, die umweltfreundlicher sind und die Lebensdauer der Zellen verlängern könnten. Darüber hinaus plant Park In-situ-Untersuchungen von Perowskit-Solarzellen unter Beleuchtung, um Einblicke in die Natur der angeregten Zustände von Perowskiten zu gewinnen.
Stuttgarter Institut bietet ideale Bedingungen für Solarenergie-Forschung
Gastgeber Michael Saliba freut sich auf einen intensiven wissenschaftlichen Austausch mit Park und neue Impulse für die gemeinsame Forschung. „Unsere Ansätze ergänzen sich hervorragend. Während Prof. Park die Vorliebe für materialwissenschaftliche Grundlagen und strukturelle Optimierung mit uns teilt, konzentriert sich unsere Gruppe auch auf die skalierbare Herstellung und Prozessführung“, erläutert Saliba. Der Besuch biete eine einmalige Gelegenheit, die Kooperation zwischen den Forschungsgruppen in Südkorea und Deutschland zu vertiefen.
Auch Nam-Gyu Park blickt seiner Zeit in Stuttgart mit Vorfreude entgegen: „Ich freue mich sehr auf die Zusammenarbeit mit dem Stuttgarter Team. Es ist eine großartige Gelegenheit, unsere Stärken zu bündeln und gemeinsam an der Weiterentwicklung der Perowskit-Solarzellen zu arbeiten.“ Mit vereinten Kräften wollen die Forscher diese vielversprechende Technologie voranbringen und einen wichtigen Beitrag zur Gestaltung einer nachhaltigen Energiezukunft leisten.
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