Prisma

Perowskit statt Silicium

Neuartige Solarzellen sind preiswerter und effektiver

cae | Drei Kriterien sind für die Beurteilung von Solarzellen besonders wichtig: die Herstellungskosten, der Wirkungsgrad und die Haltbarkeit. Bei den ersten beiden Kriterien sind Perowskit-Solarzellen den derzeit verwendeten Silicium-Solarzellen überlegen oder gleichwertig.
Perowskit-Kristallstruktur:Ein relativ großes (atomares oder molekulares) Ion ist jeweils von vier Oktaedern (z. B. PbI6) umgeben, was eine kubische Kristallstruktur ergibt.

Im ursprünglichen Sinne bezeichnet Perowskit das Mineral Calciumtitanat (CaTiO3). Im weiteren Sinne versteht man unter Perowskit verschiedene Verbindungen mit kubischer Kristallstruktur, wobei jeweils ein relativ ­großes Atom (oder ein Molekül) im Zentrum von vier Oktaedern steht, die wiederum aus einem Zentralatom und sechs umgebenden Atomen bestehen. Im Gegensatz zu Calcium bilden die etwas größeren Erdalkalimetalle Strontium und Barium diese Kristallstruktur vollkommen aus; das Gleiche gilt für die noch größeren Alkalimetalle Rubidium und Cäsium. In technisch verwendeten Perowskit-Kristallen bilden oft kleine molekulare Ionen wie Methylammonium das Zentrum. Während beim Mineral Perowskit die Oktaeder jeweils aus einem Titan-Atom im Zentrum und sechs umgebenden Sauerstoff-Atomen bestehen (was aufgrund der Zugehörigkeit eines O-Atoms zu zwei Oktaedern in der Summe TiO3 ergibt), wird in synthetischen Perowskit-Kristallen vor allem Bleiiodid (PbI3) verwendet.

In Solarzellen löst das Sonnenlicht aus einer lichtempfindlichen Verbindung (Absorber) Elektronen heraus und erzeugt mit jedem freien Elektron zugleich eine positiv geladene Stelle, ein sogenanntes Defektelektron oder Loch. Elektronen und Löcher wandern in entgegengesetzten Richtungen zum Leitungs- bzw. Valenzband und zur Anode bzw. Kathode, sodass eine elektrische Spannung und „Strom“ ent­stehen. Perowskit-Solarzellen wurden erstmals 2009 in Japan konstruiert. In Europa trägt insbesondere das Team von Michael Grätzel an der TH Lausanne (EPFL) zu ihrer Weiterentwicklung bei. Erst am 3. Oktober hat der Doktorand Wolfgang Tress für seine Dissertation „Developing and Understanding Third Generation Solar Cells“ den mit 20.000 sfr dotierten Zeno Karl Schindler/EPFL Award erhalten.

Das Baumaterial für Perowskit-Solarzellen ist viel preiswerter als das für Silicium-Solarzellen; problematisch ist jedoch das Blei, das wegen seiner Toxizität durch einen unbedenklichen Stoff ersetzt werden sollte. Der maximale Wirkungsgrad dieser Solarzellen liegt derzeit bei 21,6 Prozent (bei Silicium knapp über 22%). Ihr Schwachpunkt ist die Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit, die die Kristalle auflöst; doch auch hier haben die Entwickler schon große Fortschritte gemacht, sodass in ein paar Jahren mit der Marktreife zu rechnen ist. |

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