Perowskit-Solarzellen: Die nächste Generation der Photovoltaik?

Perowskit-Solarzellen versprechen viel: Hohe Wirkungsgrade, niedrige Produktionskosten und flexible Einsatzmöglichkeiten. Doch können sie die klassische Silizium-Photovoltaik ergänzen oder gar ersetzen?

Perowskit-Solarzellen sind eine spezielle Form der Solarzellen, die aus Perowskit-Materialien bestehen. Perowskit ist ein Mineral mit einer speziellen Kristallstruktur und hat sehr gute lichtabsorbierende Eigenschaften.

Vorteile von Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen haben viele Vorteile. Dazu gehören etwa die niedrigen Produktionskosten. Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumzellen erfolgt die Herstellung bei deutlich geringeren Temperaturen, was den Energieaufwand reduziert und den Produktionsprozess vereinfacht. Zudem können die verwendeten Materialien aus vergleichsweise kostengünstigen Rohstoffen hergestellt werden. Das führt zu langfristig sinkenden Modulpreisen.

Ein weiterer Vorteil liegt in den flexiblen Anwendungsmöglichkeiten. Perowskit-Solarzellen lassen sich auf dünne Folien drucken und sind dadurch vielseitig einsetzbar. Das ermöglicht neue Perspektiven für die gebäudeintegrierte Photovoltaik, bei der Solarmodule direkt in Fassaden oder Dächer integriert werden. Auch solare Fenster, die gleichzeitig Licht durchlassen und Strom erzeugen, sind mit dieser Technologie möglich. Zudem eignen sich Perowskit-Zellen für die Integration in Fahrzeuge.

Und schliesslich ist ein weiterer Vorteil das geringe Gewicht: Aufgrund ihrer dünnen Bauweise sind Perowskit-Solarzellen deutlich leichter als klassische Module. Auf diese Weise eignen sie sich für Leichtbaukonstruktionen und Anwendungen, bei denen das Gewicht eine wichtige Rolle spielt, etwa im Bereich Architektur oder im Transportsektor.

Nachteile von Perowskit-Solarzellen

Trotz ihres enormen Potenzials stehen Perowskit-Solarzellen vor einigen Herausforderungen. Eines der Probleme ist die Stabilität und Lebensdauer. Die empfindlichen Perowskit-Materialien reagieren unter anderem auf Feuchtigkeit und Sauerstoff, was die Langzeitstabilität beeinträchtigt. Im Vergleich zu etablierten Silizium-Modulen ist die Haltbarkeit derzeit noch gering, weshalb die Forschung aktuell an der Widerstandsfähigkeit arbeitet, um das zu verbessern.

Auch Umweltaspekte sind kritisch zu betrachten. Viele Perowskit-Solarzellen enthalten Blei, das zwar nur in geringen Mengen vorkommt, jedoch aus ökologischer Sicht problematisch ist.

Ein weiterer Nachteil ist die bislang begrenzte industrielle Skalierung. Die Massenproduktion befindet sich noch in einer frühen Phase, und sowohl Qualitätssicherung als auch langfristige Haltbarkeit müssen weiter optimiert werden. Erst wenn diese Herausforderungen gemeistert sind, kann die Technologie ihr volles Potenzial entfalten.

Schliesslich ist die Verschattung als Nachteil zu nennen. Perowskit-Solarmodule reagieren mit einem unterschiedlichen Spannungsaufbau, wenn einzelne Solarzellen im Schatten stehen. Dies kann aufgrund von Überhitzung zur Beschädigung von einzelnen Zellen führen.

Wie funktionieren Perowskit-Solarzellen?

Perowskit-Solarzellen wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um, indem der Perowskit-Halbleiter die Photonen des Lichts absorbiert. Dadurch werden Elektronen angeregt und aus ihren Positionen im Material gelöst. Es entstehen Elektronen (negativ geladen) und positiv geladene Löcher. Durch spezielle Schichten werden diese getrennt und geleitet, wodurch elektrischer Strom entsteht.

Was ist der Unterschied zwischen Silizium und Perowskit?

Silizium- und Perowskitsolarzellen unterscheiden sich insbesondere im Material, in der Herstellung, in der Stabilität und in der Marktreife.

Während klassische Siliziumzellen aus kristallinem Silizium bestehen und so als dickere, starre Wafer gefertigt werden, nutzen Perowskit-Zellen eine spezielle Kristallstruktur. Diese spezielle Struktur kann als sehr dünne Schicht auf verschiedenen Materialien aufgetragen werden. Dadurch lassen sich Perowskite bei niedrigeren Temperaturen und potenziell günstiger sowie auch flexibel herstellen.

Ein weiterer Unterschied betrifft den Wirkungsgrad. Während Silizium-Module heute zuverlässig im Bereich von 17 bis 23 Prozent anzutreffen sind, können Perowskit-Technologien im Labor bereits höhere Werte erreichen und in Kombination als Tandemzellen noch mehr Potenzial zeigen. Allerdings sind Siliziumzellen deutlich stabiler und haben eine bewährte Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren. Deshalb ist Silizium aktuell der etablierte Standard auf dem Markt, während Perowskit als vielversprechende, aber noch nicht vollständig ausgereifte Zukunftstechnologie gilt.

Warum sind Perowskit-Solarzellen so effizient?

Der Wirkungsgrad ist ein wichtiger Faktor in der Photovoltaik und bestimmt die Effizienz. Perowskit-Solarzellen haben in den letzten Monaten enorme Fortschritte gemacht. In sogenannten Tandem-Solarzellen (Kombination aus Silizium und Perowskit) wurden bereits hohe Wirkungsgrade erzielt.

Sind Perowskit-Solarzellen bereits auf dem Markt verfügbar?

Perowskit-Solarzellen sind noch nicht marktreif. Das dürfte sich aber in den nächsten Jahren ändern. Erste Anwendungen sind bereits als Tandem-Varianten mit Silizium auf dem Markt, jedoch nicht für Private. Die Markteinführung hängt ab von der langfristigen Stabilität unter realen Bedingungen, der Skalierbarkeit der Produktion, der Einhaltung von Sicherheits- und Umweltstandards sowie der Kostenreduktion, um mit herkömmlichen Siliziummodulen wettbewerbsfähig zu sein.

Wann lassen sich Perowskit-Solarzellen kaufen?

Perowskit-Solarzellen dürften erst in einigen Jahren marktreif sein und sind momentan noch nicht als Standard-Solarmodule für den privaten Verbraucher verfügbar.

Was kosten Perowskit-Solarzellen?

Perowskit-Solarzellen sind aktuell noch teuer, das liegt aber daran, dass sie noch nicht marktreif sind. In Zukunft könnten sie aber aufgrund von potenziell geringen Produktionskosten günstiger sein als Silizium-Solarzellen.

Von wem werden Perowskit-Solarzellen hergestellt?

Aktuell stellen nur vereinzelte Unternehmen Perowskit-Solarzellen her. Dazu gehört etwa das Unternehmen Oxford PV, welches sich auf Tandem-Solarmodule konzentriert.

Tandem-Solarmodule und Perowskit

In einem Tandem-Solarmodul wird eine Perowskit-Zelle auf eine Siliziumzelle aufgebracht. Auf diese Weise kann ein breiterer Bereich des Sonnenspektrums genutzt werden, was zu einer deutlich höheren Stromerzeugung führt. Diese Kombination ermöglicht Wirkungsgrade, die über denen herkömmlicher Solarmodule liegen, und bietet somit die Chance, mehr Energie auf gleicher Fläche zu gewinnen.

Perowskit in der Forschung

Die Forschung arbeitet aktuell weiter an Möglichkeiten, um Perowskit effizient zu nutzen. So hat erst kürzlich ein Team von Wissenschaftlern an der ZHAW ein neues Konzept für Perowskit-Solarzellen vorgestellt. Der Ansatz ist dabei die Beschädigung von Solarzellen bei Verschattung zu beheben. Gelingen soll das mithilfe eines elektrischen Schaltelements.

Fazit: Revolution oder Evolution?

Perowskit-Solarzellen sind nicht bloss ein Trend, sondern eine ernstzunehmende Entwicklung in der Photovoltaikbranche. Zwar gibt es noch Herausforderungen bezüglich Stabilität und Umweltverträglichkeit, doch die Forschung und steigende Investition zeigen das Potenzial dieser Technologie.