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Prognose: Billige Perowskit-Solarmodule sind bis 2024 marktreif

Perovskit-Kristalle in einer künstlerischen Darstellung. Visualisierung: Christiane Kunath (PM TUD, Cfaed) Perowskit

Perovskit-Kristalle in einer künstlerischen Darstellung. Hier zu sehen ist, wie Antilösungsmittel auf eine Perowskitlösung tropfen, um deren Kristallisation zu beeinflussen. Visualisierung: Christiane Kunath (PM TUD, Cfaed)

Dresdner Elektronikforscher sehen aber noch Probleme mit Stabilität und Bleigehalt

Dresden, 4. August 2021. In den nächsten zwei bis drei Jahren könnten Perowskit-Solarmodule, die Sonnenlicht besonders billig und effizient in Strom umwandeln, marktreif sein. Das hat Professor Stefan Mannsfeld vom Zentrum für fortgeschrittene Elektronik Dresden (Cfaed) der TU Dresden prognostiziert. Die Nachfrage sei jetzt schon groß: „Die Perowskite sind billig zu produzieren und arbeiten zudem effizient“, erklärte er. „Deshalb warten viele Investoren schon lange darauf, dass diese Technologie zur Marktreife kommt.“

Marktforscher erwarten starkes Wachstum

Denn wenn die Probleme der Perowskit-Solartechnologie einmal gelöst sind, ist mit raschen wirtschaftlichen Effekten zu rechnen. Auf etwa eine halbe Milliarde Dollar hatte Dr. Xiaoxi He vom britischen Marktforschungsunternehmen „IDTechEx“ in einer Studie aus dem Jahr 2018 den Markt für Perowskit-Photovoltaik im Jahr 2028 geschätzt. Die Kollegen von „Data Bridge“ halten jährliche Wachstumsraten um ein Drittel in diesem Marktsegment für realistisch.

Nässe und Hitze lassen Perowskite zu schnell altern

Allerdings müssen die Forscher und Ingenieure in den Laboren zuvor noch einige Probleme lösen. So gelten Perowskit-Solarzellen noch als ziemlich instabil. „Durch hohe Temperaturen oder Feuchtigkeit zersetzen sich die Perowskite und verlieren so die Fähigkeit, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln“, schätzte Dr. Paul Pistor von der Martin-Luther-Universität Halle in einer Analyse im Jahr 2018 ein. Auch Professor Mannsfeld sieht die die mangelnde Stabilität der Perowskite weiter als eine Herausforderung, weist aber auch auf ökologische Probleme hin. Denn die Zellen enthalten Blei – und dieses giftige Schwermetall soll eigentlich aus allen Produkten ferngehalten werden, mit denen Menschen in Berührung kommen können. Das Blei könnte zwar prinzipiell auch durch verwandte Elemente wie Zink ersetzt werden, aber diese Versuche sind bisher noch nicht befriedigend verlaufen.

TU Dresden setzt auf Billigproduktion in Lösungsbädern

Auf jeden Fall glauben die Cfaed-Forscherinnen und -Forscher um Prof. Yana Vaynzof und Prof. Stefan Mannsfeld, eine kostengünstige Architektur und Herstellungsweise für Perowskit-Photovoltaik gefunden zu haben. Sie setzen dabei auf eine Stapel hauchdünner Schichten aus organischen und anorganischen Materialien, die sich in einer Lösung bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen unter 100 Grad erzeugen lassen.

Die Alternative ist deutlich aufwendiger und teurer: Manche Forschergruppen setzen auf die Zellproduktion in Vakuumkammern. Dabei ist der Schichtaufbau besser kontrollierbar.

Perowskit-Solarmodul vom KIT. Foto: Amadeus Bramsiepe für das KIT

Perowskit-Solarmodul vom KIT. Foto: Amadeus Bramsiepe für das KIT

Altbekanntes Material seit kurzem im Solar-Fokus

Perowskit-Kristalle sind nach dem russischen Mineralogen Lew Alexejewitsch Perowski (1792–1856) und bereits seit über 180 Jahren bekannt. Seit 2009 arbeiten Forscher verstärkt an der Konstruktion perowskit-basierter Solarzellen, die viel dünner als siliziumbasierte Solarzellen sind. Inzwischen kommen diese Perowskit-Zellen auf Energieausbeuten jenseits der 20 Prozent. Verschaltet man sie allerdings zu kompletten Modulen, kommen sie nur noch auf etwa 13 Prozent Wirkungsgrad – deutlich weniger als ein Siliziummodul. Mit vakuumerzeugten Perowskit-Zellen ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) bei kompletten Modulen auf etwa 18 Prozent gekommen, allerdings nur auf vier Quadratzentimetern.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: Cfaed, MLUH, IDTechEx, Data Bridge, Oiger-Archiv