Die Solarbranche steht vor einer entscheidenden Herausforderung: Während Silizium-Solarzellen effizient und langlebig sind, erfordert ihre Herstellung enorme Energiemengen und ist teuer. Zudem dominiert China mit rund 80 Prozent Marktanteil die Siliziumproduktion. Daher suchen Wissenschaftler weltweit nach Alternativen – und haben mit Perowskit ein vielversprechendes Material gefunden. Perowskit-Solarzellen erzielen beeindruckende Wirkungsgrade von über 30 Prozent, doch ihre geringe Lebensdauer verhindert bislang den Durchbruch. Forschern des Georgia Institute of Technology ist nun ein entscheidender Fortschritt gelungen, um die Stabilität der Zellen erheblich zu verbessern.
Funktionsweise von Perowskit-Solarzellen
Perowskit ist ein kristallines Material mit einer besonderen Struktur, die es besonders effizient in der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie macht. Perowskit-Solarzellen bestehen aus mehreren Schichten, darunter eine Perowskit-Schicht, die als lichtabsorbierende Schicht dient. Wenn Sonnenlicht auf diese Schicht trifft, werden Elektronen freigesetzt, die durch eine spezielle Transporterschicht zur Elektrode geleitet werden, wodurch elektrischer Strom entsteht.
Im Gegensatz zu Silizium-Solarzellen, die eine aufwändige und teure Verarbeitung erfordern, können Perowskit-Zellen vergleichsweise einfach und kostengünstig produziert werden. Sie lassen sich sogar auf flexible Materialien drucken, was neue Anwendungsmöglichkeiten wie transparente oder tragbare Solarpaneele eröffnet. Das Material ist günstig und einfach herzustellen, doch seine Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und hohen Temperaturen setzt der Lebensdauer enge Grenzen. Während Silizium-Solarzellen rund 20 Jahre halten, erreichen Perowskit-Zellen bisher nur wenige Monate.
Titan als Schlüssel zur Langlebigkeit
Ein Team um den Materialwissenschaftler Juan-Pablo Correa-Baena erforscht seit Jahren die Einsatzmöglichkeiten von Perowskit-Solarzellen. Der Durchbruch gelang durch eine innovative Methode namens Dampfphaseninfiltration. Dabei wird die obere Schicht der Solarzelle vor der Anbringung der positiven Elektrode einem Titandampf ausgesetzt. Dieses Verfahren stabilisiert die empfindliche Perowskit-Schicht und macht sie widerstandsfähiger gegen äußere Einflüsse. Die Struktur der Solarzelle bleibt dabei unverändert, doch die chemische Zusammensetzung der oberen Schicht wird optimiert, sodass der Abbauprozess signifikant verlangsamt wird.
Ein neuer Hoffnungsträger für die Solarenergie
Die Forschungsergebnisse könnten den Weg für eine kostengünstige und langlebige Alternative zu Silizium-Solarzellen ebnen. Sollte sich das Verfahren in der Praxis bewähren, könnte dies die weltweite Solarindustrie revolutionieren und zur Unabhängigkeit von teuren Silizium-Lieferketten beitragen. Ein großer Schritt in Richtung nachhaltiger und effizienter Solarenergie.
Symbolfoto: ganjalex