Silizium-Ersatz: Wie Solarzellen und Batterien billiger werden könnten

Silizium-Ersatz: Wie Solarzellen und Batterien billiger werden könnten

von Wolfgang Kempkens

Forscher wollen Silizium in Solarzellen durch günstigere Perowskit-Kristalle ersetzen.

Solarzellen nutzen häufig Silizium als Halbleiter. Dabei wären auch Perowskit-Kristalle, benannt nach dem russischen Politiker und Mineralogen Lew Alexejewitsch Perowski, geeignet. Auch sie können Elektronen freisetzen, mit denen elektrischer Strom produziert werden kann. Die im englischen auch als Perovskite bezeichneten Kristalle haben einen Wirkungsgrad von 20 Prozent. Damit könnten sie mit Siliziumzellen konkurrieren – wenn es nicht einen Haken gäbe: Die leistungsfähigen Zellen sind nur ein Zehntel eines Quadratzentimeters groß. Fürs Labor reicht das, für die Praxis nicht.

Jetzt ist es Forschern der Brown University in Providence, der Hauptstadt des US-Bundesstaats Rhode Island, gelungen, Perovskite-Zellen von einem Quadratzentimeter Größe herzustellen. Das ist ein entscheidender Schritt hin zu kommerziellen Zellen, zumal der Wirkungsgrad mit 15 Prozent schon nahe an den anderer Zelltypen herankommt.

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„Vielversprechendes Ausgangsmaterial“

Dafür haben die Brown-Wissenschaftler winzige Perowskit-Kristalle in eine organische Flüssigkeit eingerührt. Diese Dispersion sprühten sie auf eine – nicht näher bestimmte – Unterlage. Wie ein Klebstoff fixierte die Flüssigkeit die Kristalle. Während der anschließenden Wärmebehandlung verschmolzen die einzelnen Kristalle zu einem größeren. Gleichzeitig verbrannte die organische Flüssigkeit. Forscher an der Case Western Reserve University in Cleveland im US-Bundesstaat Ohio wollen derartige Solarzellen in den Lack von Autos integrieren. Während der Fahrt könnten so die Batterien von Elektroautos entlastet werden.

Das Team ist zuversichtlich, im Laufe der Zeit die 20-Prozent-Marke zu knacken. „Perovskite sind vielversprechende Ausgangsmaterialien für die Herstellung von billigen und gleichzeitig leistungsfähigen Solarzellen“, schwärmt Nitin Padture, Direktor des Instituts für Molecular and Nanoscale Innovation an der Brown University.

Perovskite sind billiger

Mit Perowskit ist primär ein natürlich vorkommender Kristall gemeint, der aus Titan, Calcium und Sauerstoff besteht. Er hat eine spezielle Struktur, die ihm teilweise überraschende Eigenschaften verleiht. Heute werden alle Kristalle mit dieser Struktur, egal welche Elemente sie enthalten, als Perowskite bezeichnet. Beim experimentieren mit synthetischen Kristallen entdeckten die späteren Nobelpreisträger Johannes Georg Bednorz und Karl Alexander Müller 1986 das Phänomen der Hochtemperatur-Supraleitung. Sie nutzten Lanthan-Barium-Kupferoxid.

Perowskite eignen sich auch als Rohstoff für Leuchtdioden. Und für Batterien, die mehr Strom speichern als Lithium-Ionen-Akkus. Als Martin Winterkorn noch mächtiger Volkswagenchef war, forcierte er die Entwicklung einer solchen Superbatterie beim Akku-Hersteller und -entwickler QuantumScape im kalifornischen Silicon Valley. 2014 kaufte er fünf Prozent des Unternehmens.

Perowskite sind nicht nur wegen ihrer erstaunlichen physikalischen Eigenschaften gefragt, sondern auch wegen ihres konkurrenzlos günstigen Preises. Solarzellen, Batterien, Leuchtdioden und andere Produkte könnten weitaus billiger werden als die, die heute auf dem Markt sind.

 



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