Inhalt des Artikels
- Was sind Perowskit Solarzellen?
- Sind Perowskit Solarzellen besser als Silizium Solarzellen?
- Wirkungsgrad: Wie schneiden Perowskit Solarzellen im Vergleich zu anderen Zelltypen ab?
- Sind Perowskit Solarzellen bereits marktreif?
- Aufbau & Funktionsweise von Perowskit Solarzellen
- Hersteller: Wer produziert Perowskit Solarzellen?
- Preis: Was kosten Perowskit Solarzellen & was sollten Sie beim Kauf beachten
- Fazit
- Häufig gestellte Fragen
Inhalt
In den letzten Jahren haben Perowskit-Solarzellen erheblich an Aufmerksamkeit gewonnen, da sie das Potenzial haben, die Solarenergiebranche zu revolutionieren. Mit beeindruckenden Wirkungsgraden, flexiblen Formfaktoren und kostengünstigen Herstellungsmethoden könnten sie eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen bieten.
Doch bevor diese innovative Technologie den Markt dominieren kann, müssen noch einige Herausforderungen gemeistert werden. In diesem Artikel erfahren Sie alles Wissenswerte über Perowskit-Solarzellen, ihre Funktionsweise, Vorteile und Nachteile sowie den aktuellen Stand der Forschung und Marktreife.
Was sind Perowskit Solarzellen?
Perowskit-Solarzellen basieren auf einem speziellen Kristallstrukturmaterial namens Perowskit, das aus einer Kombination von organischen und anorganischen Komponenten besteht. Diese Solarzellen sind eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen, da sie einen höheren Wirkungsgrad und niedrigere Herstellungskosten bieten. Die ersten Perowskit-Solarzellen wurden 2009 entwickelt und haben seither erhebliche Effizienzsteigerungen erfahren. Neueste Modelle erreichen Wirkungsgrade von über 25 %, und spezielle Tandemzellen können sogar Wirkungsgrade von bis zu knapp 34 % erzielen.
Sind Perowskit Solarzellen besser als Silizium Solarzellen?
Perowskit-Solarzellen bieten mehrere Vorteile gegenüber Silizium-Solarzellen, darunter einen höheren Wirkungsgrad, flexible Formfaktoren und geringere Herstellungskosten. Sie sind auch unabhängig von chinesischem Silizium, was geopolitische Vorteile mit sich bringt. Allerdings haben Silizium-Solarzellen eine längere Lebensdauer und sind derzeit stabiler und robuster. Die Forschung an Perowskit-Solarzellen schreitet jedoch schnell voran, und es wird erwartet, dass sie in naher Zukunft in vielen Anwendungen gleichwertig oder sogar überlegen sein könnten.
Wirkungsgrad: Wie schneiden Perowskit Solarzellen im Vergleich zu anderen Zelltypen ab?
Perowskit-Solarzellen haben in den letzten Jahren beeindruckende Wirkungsgradsteigerungen erlebt. Während die ersten Perowskit-Zellen nur etwa 4 % Effizienz hatten, erreichen heutige Modelle Wirkungsgrade von über 25 %. Tandemzellen, die Perowskit mit Silizium kombinieren, haben bereits Wirkungsgrade von bis zu 33,9 % erzielt. Den Vergleich zu weiteren Solarzellen-Typen finden Sie in diesem Beitrag.
Sind Perowskit Solarzellen bereits marktreif?
Trotz ihrer vielversprechenden Eigenschaften sind Perowskit-Solarzellen noch nicht vollständig marktreif. Ein wesentlicher Hinderungsgrund ist ihre mangelnde Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und hohen Temperaturen.
Forschende der City University of Hong Kong haben jedoch kürzlich einen Durchbruch erzielt, indem sie die thermische Stabilität der Zellen durch eine spezielle Ladungsextraktionsschicht verbessert haben. Diese Entwicklungen lassen hoffen, dass Perowskit-Solarzellen in den nächsten Jahren marktreif werden und kommerziell genutzt werden können.
Auch sei erwähnt: Einige Unternehmen wie Oxford PV und Swift planen, in naher Zukunft kommerzielle Produkte auf den Markt zu bringen, während andere große Hersteller in Pilotproduktionslinien investieren. Daher werden wir höchstwahrscheinlich schon bald wissen, ob diese Technologie die Marktanforderungen erfüllen kann und großflächig eingesetzt wird.
Aufbau & Funktionsweise von Perowskit Solarzellen
Zunächst folgt eine grobe Zusammenfassung des Aufbaus und anschließend zeigen wir eine detaillierte Version, für diejenigen, die interessiert sind.
Zur groben Zusammenfassung: Eine typische Perowskit-Solarzelle besteht aus mehreren Schichten: der oberen Elektrode, dem Lochleiter, dem Perowskit-Absorber, dem Elektronenleiter und der unteren Elektrode. Das Prinzip der Photovoltaik bleibt erhalten: Sonnenlicht wird vom Absorber aufgenommen, wodurch Elektronen freigesetzt und über den Elektronenleiter zur Elektrode transportiert werden. Ein besonderes Merkmal von Perowskit-Solarzellen ist das Photonenrecycling, das den Wirkungsgrad weiter steigern kann.
Hier der detaillierte Aufbau von Perowskit Solarzellen:
1. Substrat:
- Bedeutung: Das Substrat dient als Basis und sorgt für Stabilität und Struktur der Solarzelle.
- Material: Glas, Kunststoff oder Metallfolie.
- Funktion: Dient als stabile Grundlage, auf die die anderen Schichten aufgebracht werden.
2. Transparente leitende Schicht (Frontkontakt):
- Bedeutung: Diese Schicht ermöglicht es, dass Sonnenlicht in die Zelle eindringen kann und gleichzeitig die erzeugten Elektronen abgeleitet werden.
- Material: Indiumzinnoxid (ITO) oder Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO).
- Funktion: Lässt das Sonnenlicht durch und leitet die Elektronen ab.
3. Elektronentransportschicht (ETL):
- Bedeutung: Diese Schicht sorgt für den effizienten Transport der Elektronen zur Elektrode.
- Material: Titandioxid (TiO2) oder Zinnoxid (SnO2).
- Funktion: Transportiert die Elektronen zur Elektrode.
4. Perowskit-Schicht:
- Bedeutung: Diese Schicht ist das Herzstück der Solarzelle, da sie das Sonnenlicht absorbiert und in elektrische Energie umwandelt.
- Material: Methylammoniumbleiiodid oder andere Perowskit-Materialien.
- Funktion: Absorbiert das Sonnenlicht und erzeugt Elektronen und Löcher.
5. Lochtransportschicht (HTL):
- Bedeutung: Diese Schicht sorgt dafür, dass die positiv geladenen Löcher zur Elektrode transportiert werden, was die Stromerzeugung ermöglicht.
- Material: Spiro-OMeTAD oder Kupferthiocyanat (CuSCN).
- Funktion: Transportiert die „Löcher“ (positiv geladenen Teilchen) zur Elektrode.
6. Rückelektrode:
- Bedeutung: Der Rückkontakt ermöglicht den Abfluss der Elektronen und schließt den Stromkreis.
- Material: Gold, Silber oder Aluminium.
- Funktion: Leitet die Elektronen ab und ermöglicht den Stromfluss.
7. Schutzschicht:
- Bedeutung: Schützt die Solarzelle vor Umwelteinflüssen und mechanischen Schäden, was die Lebensdauer der Zelle erhöht.
- Material: Transparentes Kunststoff oder Glas.
- Funktion: Schutz vor Umwelteinflüssen und mechanischen Beschädigungen.
Hersteller: Wer produziert Perowskit Solarzellen?
Verschiedene Forschungseinrichtungen und Unternehmen weltweit arbeiten an der Entwicklung und Produktion von Perowskit-Solarzellen. Zu den führenden Forschungsinstituten gehören das Forschungszentrum Jülich, das Helmholtz-Zentrum Berlin und die City University of Hong Kong. Unternehmen wie Oxford PV und verschiedene Start-ups, in die auch prominente Investoren wie Bill Gates investieren, treiben die Kommerzialisierung voran.
Preis: Was kosten Perowskit Solarzellen & was sollten Sie beim Kauf beachten
Der Preis für Perowskit-Solarzellen ist derzeit noch schwer zu bestimmen, da sie noch nicht in großem Maßstab produziert werden. Es wird jedoch erwartet, dass sie aufgrund der einfachen und kostengünstigen Herstellungsmethoden deutlich günstiger sein werden als herkömmliche Silizium-Solarzellen. Beim Kauf sollte auf die Stabilität und Lebensdauer der Zellen geachtet werden, da diese Faktoren derzeit noch verbessert werden müssen.
Fazit
Perowskit-Solarzellen sind eine vielversprechende Technologie mit hohem Potenzial, die Solarenergieeffizienz zu revolutionieren. Ihre Vorteile gegenüber Silizium-Solarzellen sind beeindruckend, allerdings sind sie noch nicht vollständig marktreif. Mit weiteren Fortschritten in der Stabilität und Lebensdauer könnten Perowskit-Solarzellen jedoch bald eine wichtige Rolle in der Energiewende spielen und den Markt für Solarenergie nachhaltig verändern.
Häufig gestellte Fragen
Wo gibt es Perowskit?
Perowskit ist weltweit in verschiedenen Regionen verbreitet. Es kommt unter anderem im Uralgebirge in Russland, in den Alpen in der Schweiz und Österreich, in Kalifornien und Arkansas in den USA sowie in verschiedenen Regionen Brasiliens vor. Interessanterweise wurde Perowskit auch in Meteoriten nachgewiesen.
Wo werden in Europa Solarzellen produziert?
In Europa werden Solarzellen in mehreren Ländern produziert. Deutschland ist ein bedeutender Standort, insbesondere mit Unternehmen wie Meyer Burger, das Produktionsstätten in Freiberg und Bitterfeld-Wolfen betreibt. Frankreich spielt ebenfalls eine wichtige Rolle, wobei in Moselle die erste Gigafabrik für Module entsteht. In Norwegen erweitert Norsun seine Kapazitäten zur Herstellung von Ingots und Wafern. Weitere Produktionsstandorte befinden sich in Spanien und der Schweiz, wo Unternehmen wie Meyer Burger und 3S Swiss Solar Solutions AG tätig sind.
Welches Land hat Solarzellen erfunden?
Die ersten Solarzellen wurden von dem amerikanischen Erfinder Charles Fritts im Jahr 1883 entwickelt. Fritts nutzte dabei Selenhalbleiter, um Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln. Diese frühen Solarzellen waren jedoch sehr ineffizient und konnten weniger als 1 % des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Die moderne Solarzelle, die auf Silizium basiert und wesentlich effizienter ist, wurde 1954 von Wissenschaftlern bei den Bell Laboratories in den USA entwickelt. Das Team, bestehend aus Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson, schuf die erste praktische Silizium-Solarzelle, die etwa 6 % des Sonnenlichts in Elektrizität umwandeln konnte.
