Die Suche nach nachhaltigen und effizienten Energielösungen hat die Entwicklung im Bereich der Photovoltaik rasant vorangetrieben. Dabei haben sich Perowskit-Solarzellen einen Platz auf dem Markt erarbeitet.
Perowskit-Solarzellen unterscheiden sich signifikant von den traditionellen, auf Silizium basierenden Solarzellen, die derzeit den Markt dominieren. Ihre Materialzusammensetzung und Struktur machen sie auf den ersten Blick zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Zukunft der Solarenergie machen. In diesem Artikel gehen wir darauf ein, welche Rolle Perowskit-Solarzellen aktuell und in Zukunft spielen.
Was sind Perowskit-Solarzellen?
Perowskit-Solarzellen sind Solarzellen, die ein spezielles Material namens Perowskit einsetzen. Das Material ist benannt nach dem russischen Mineralogen Lev Perowski. Es zeichnet sich durch eine kristalline Struktur aus, die es besonders effektiv macht, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Solarzellen, die meist auf Silizium basieren, bestehen Perowskit-Solarzellen aus einer Hybridverbindung, die sowohl organische Moleküle als auch anorganische Elemente wie Blei oder Zinn enthält.
Der Vorteil von Perowskit-Solarzellen liegt in ihrer hohen Lichtabsorptionsrate sowie in der Effizienz, mit der sie die absorbierte Energie in Strom umwandeln. Zudem können sie bei relativ niedrigen Temperaturen und mit einfacheren Herstellungsverfahren produziert werden, was sie potenziell kostengünstiger macht. Trotz der vielversprechenden Eigenschaften befindet sich die Technologie noch in der Entwicklungsphase, wobei Langzeitstabilität und Umweltauswirkungen aktuelle Forschungsschwerpunkte darstellen.
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Unterschiede zu herkömmlichen Solarzellen
Der Hauptunterschied zwischen Perowskit-Solarzellen und den traditionellen Solarzellen, wie monokristalline Solarzellen und polykristalline Solarzellen, liegt in den Materialien und der zugrundeliegenden Technologie.
Während herkömmliche Solarzellen überwiegend aus Silizium bestehen, nutzen Perowskit-Solarzellen eine Mischung aus organischen und anorganischen Materialien, um die besondere Perowskit-Struktur zu bilden.
Ein weiterer bedeutender Unterschied ist die Dünnschichttechnologie, die bei Perowskit-Solarzellen zum Einsatz kommt. Im Gegensatz zu den dickeren Siliziumscheiben, können Perowskit-Zellen in viel dünneren Schichten hergestellt werden. Diese Dünnfilmtechnologie reduziert den Materialbedarf und ermöglicht die Herstellung flexibler und leichterer Solarzellen.
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Darüber hinaus brauchen Perowskit-Solarzellen nicht die gleichen hohen Temperaturen und aufwendigen Reinigungsprozesse wie Silizium-basierte Zellen. Diese Vorteile könnten die Solarenergie noch zugänglicher und wirtschaftlich attraktiver machen. Aktuell steht diese Technologie jedoch noch am Anfang, weshalb man noch mit insgesamt höheren Solaranlage Kosten rechnen muss.
Wirkungsgrad und Leistung von Perowskit-Solarzellen
Der Wirkungsgrad von Solarzellen gibt an, wie effizient Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Perowskit-Solarzellen haben in diesem Bereich bemerkenswerte Fortschritte erzielt und bieten vielversprechende Perspektiven. In Laborbedingungen erreichen diese Zellen bereits Wirkungsgrade, die mit den besten kommerziell erhältlichen Silizium-Solarzellen konkurrieren können. Die Spitzenwerte liegen dabei über 25%.
Dieser hohe Wirkungsgrad ist teilweise auf die gute Lichtabsorptionsfähigkeit der Perowskit-Materialien zurückzuführen. Sie können einen breiteren Bereich des Lichtspektrums absorbieren als Silizium-basierte Zellen, was ihre Effizienz in der Energieumwandlung steigert. Zudem ermöglicht die Perowskit-Struktur einen effizienteren Elektronentransport innerhalb der Zelle, was ebenfalls zur Steigerung des Wirkungsgrades beiträgt.
Trotz dieser beeindruckenden Laborergebnisse weisen Perowskit-Solarzellen Nachteile auf, die sie noch nicht breitflächig kommerziell einsetzbar machen. Dazu gehören die Langzeitstabilität der Zellen sowie die Umweltauswirkungen der in Perowskiten verwendeten teilweise giftigen und umweltschädlichen Materialien, wie zum Beispiel Blei. Die Langlebigkeit der Zellen kann aktuell noch nicht mit der von Siliziumzellen konkurrieren.
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Wie viel kosten Perowskit-Solarzellen?
Die Materialien für Perowskit-Solarzellen können bei niedrigeren Temperaturen verarbeitet werden, was den Energieaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert. Aktuelle Schätzungen der Produktionskosten für Perowskit-Solarzellen variieren, da die Technologie noch nicht in großem Maßstab kommerzialisiert wurde. Allerdings deuten erste Analysen darauf hin, dass Perowskit-Solarzellen vergleichsweise günstig herstellbar sein könnten.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Gesamtkosten für Systeme, die Solarstrom gewinnen, nicht nur von den Kosten der Solarzellen selbst abhängen, sondern auch von Faktoren wie Installationskosten, Systemeffizienz und Lebensdauer der Zellen. In diesen Bereichen stehen Perowskit-Solarzellen noch vor Herausforderungen, insbesondere was die Langzeitstabilität und die damit verbundene Lebensdauer angeht.
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Funktionsweise Perowskit-Solarzellen
Die Funktionsweise von Perowskit-Solarzellen basiert auf dem gleichen grundlegenden Prinzip wie bei allen photovoltaischen Zellen: der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch den photovoltaischen Effekt. Die Besonderheiten der Perowskit-Materialien führen zu kleinen Unterschieden in der Funktionsweise dieser Zellen:
- Sonnenlicht einfangen: Stellen Sie sich vor, die Perowskit-Schicht in der Solarzelle ist wie eine Sonnenfalle. Sie fängt das Licht ein, das auf sie fällt, genau wie ein Netz Schmetterlinge einfangen kann.
- Energie freisetzen: Wenn das Sonnenlicht eingefangen wird, ist es so, als würde es die Falle zum Vibrieren bringen. Diese Vibration löst kleine Teilchen (Elektronen) aus ihrer normalen Position. Jetzt sind sie bereit, sich zu bewegen.
- Teilchen auf die Reise schicken: Die Solarzelle hat spezielle Wege, die diese Elektronen nehmen. Sie sind wie Rutschen auf einem Spielplatz. Die Elektronen rutschen also weg von ihrem ursprünglichen Ort und lassen eine Lücke zurück.
- Strom erzeugen: Die Elektronen reisen dann durch einen Draht zu einem Gerät, das Strom braucht, wie eine Lampe oder ein Handy. Wenn sie durch den Draht fließen, erzeugen sie Strom. Danach kehren sie zurück zur Solarzelle, um die Lücke zu füllen, die sie hinterlassen haben.
Dieser gesamte Prozess läuft sehr schnell und kontinuierlich ab, solange Licht auf die Solarzelle fällt. Auch bei diffusen Lichtverhältnissen und über einen breiteren Spektrum an Lichtwellenlängen hinweg, können sie gut Energie erzeugen.
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Vorteile und Nachteile Perowskit-Solarzellen
Abschließend haben wir noch einmal die Vor- und Nachteile für Sie zusammengesucht:
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
 Hoher Wirkungsgrad |
 Keine Langzeitstabilität, schnelle Degradierung |
| Niedrigere Herstellungskosten |
Einsatz von umwelt- und gesundheitsschädlichen Elementen wie Blei |
| Leicht und flexibel |
Massenproduktions-Hürden, noch ungeeignet für breitflächigen Nutzen |
| Aktuell noch am Anfang der Forschung, mit einem Bedarf an weiterer Optimierung |
|
| Keine langfristigen Tests zur Bestätigung der Leistungsfähigkeit und Sicherheit |
Fazit
Perowskit-Solarzellen sind besonders gut darin, Licht zu fangen und in Strom umzuwandeln. Ihr Wirkungsgrad ist sehr gut und konkurriert mit den Solarzellen, die wir heute meistens benutzen.
Die hohe Effizienz und Flexibilität bieten starke Vorteile. Doch Nachteile und Herausforderungen wie der Verwendung von umwelt- und gesundheitsschädlichen Elementen, fehlender Langlebigkeit und Massenproduktions-Hürden, zeigen, dass die Technologie noch weit am Anfang steht. Sie sind noch nicht breitflächig kommerziell einsetzbar oder langfristig getestet.
Hausbesitzer, die jetzt aktuell nach der besten Solarlösung für ihr Photovoltaikprojekt suchen, sollten also weiterhin zu monokristallinen Solarzellen greifen. Auch Enpal verbaut monokristalline Photovoltaikmodule.
Hier finden Sie heraus, ob sich eine PV-Anlage auch für Ihr Haus lohnt:
