Perowskit-Solarzelle und Alternativen

Was sind Perowskit-Solarzellen?

Perowskit-Solarzellen basieren auf einer einzigartigen Klasse von Materialien, die den Namen der Kristallstruktur des Materials teilen. Seine chemische Formel verleiht Perowskit einzigartige lichtabsorbierende Eigenschaften. Die Struktur ist unkompliziert und eignet sich für kostengünstige Methoden, um daraus funktionierende Solarzellen zu machen. Im Labor haben diese Zellen bemerkenswerte Energieumwandlungsraten erzielt. Den Wissenschaftlern zufolge trägt die Perowskit-Struktur dazu bei, ein breites Spektrum an Wellenlängen des Sonnenlichts zu absorbieren. Dies wiederum ist einer der Schlüsselfaktoren, um mehr Sonnenenergie einzufangen.

Diese Zellen sind in den Mittelpunkt des Interesses gerückt, weil sie mit Hilfe von Lösungen hergestellt werden können. Das bedeutet, dass für die Produktion kleinere Maschinen und weniger Energie benötigt werden. Das Produktionsverfahren ähnelt vom Konzept her den in anderen Branchen verwendeten Drucktechniken. Der Prozess kann in einer kontrollierten Umgebung schnell durchgeführt werden. Bei dieser Technik werden kostengünstige Materialien verwendet. Im Vergleich zu Siliziumpaneelen ist die Perowskit-Methode jedoch noch nicht ausgereift. Derzeit wird an der Lösung von Problemen wie Umweltschädigung und langfristiger Haltbarkeit geforscht.

Im Vergleich zu herkömmlichen Optionen sind die Herstellungskosten von Perowskit-Solarzellen wesentlich geringer. Selbst in ihren Anfängen liegen die erzielten Wirkungsgrade nahe an denen von Silizium-Solarzellen. Dies hat das Interesse vieler Ingenieure und Forscher geweckt. Zahlreiche Fallstudien haben die Machbarkeit des Einsatzes von Perowskit-Materialien in Verbindung mit der bestehenden Technologie gezeigt. Erste Feldversuche in milden Klimazonen erwiesen sich als vielversprechend.

Vergleich mit Silizium-Solarzellen

Siliziumsolarzellen sind seit langem das Rückgrat der Solarenergieerzeugung. Sie zeichnen sich durch konstante Leistung und langfristige Zuverlässigkeit aus. Im Folgenden werden einige wesentliche Unterschiede aufgeführt:

- Wirkungsgrad: Perowskit-Solarzellen erreichen unter idealen Bedingungen in der Laborumgebung den Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen oder übertreffen ihn sogar. Wissenschaftler haben in bestimmten Experimenten Wirkungsgrade von über 25 % ermittelt. Diese Zahlen sind ermutigend für die nächste Phase der Entwicklung von Solarzellen.

- Herstellungskosten: Was die Kosten betrifft, so sind Perowskit-Solarzellen offensichtlich im Vorteil. Die Möglichkeit, diese Zellen mit einfachen Geräten zu drucken oder zu beschichten, lässt auf geringere Einrichtungs- und Produktionskosten schließen. Paneele auf Siliziumbasis haben einen hohen Energiebedarf und teure Anlagen für ihre Herstellung.

- Stabilität: Silizium-Paneele sind bereits seit Jahrzehnten auf dem Markt. Ihre langfristige Leistung wurde unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen nachgewiesen. Im Gegensatz dazu sind Perowskit-Solarzellen immer noch empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und längerer Beleuchtung. Die viel größere Umweltempfindlichkeit schränkt die derzeitigen Einsatzmöglichkeiten von Perowskit-Solarzellen im Freien ein. Verschiedene Forscher sind dabei, diese Mängel durch Verkapselung und chemische Modifikationen zu beheben.

- Material und Skalierbarkeit: Die Siliziumindustrie hat sich im Laufe der Jahre mit riesigen Lieferketten weiterentwickelt. Silizium ist weithin verfügbar und bekannt. Perowskit-Materialien befinden sich jedoch noch in der Testphase für die Großproduktion. Weitere Durchbrüche bei der Prozesskontrolle, der Qualitätskonsistenz und der Verbesserung der Haltbarkeit sind notwendig, um die Produktion zu steigern.

Das allgemeine Versprechen eines hohen Wirkungsgrads in Verbindung mit niedrigen Kosten für Perowskit-Solarzellen macht diese Technologie recht interessant. Allerdings muss der praktische Einsatz mit der Stabilität und Materialrobustheit von Siliziumlösungen mithalten können. Ingenieure freuen sich auf den Tag, an dem Perowskit-Zellen auf jedem Dach und in jedem Solarpark eingesetzt werden können.

Vergleich mit Dünnschicht-Solarzellen

Eine weitere Alternative sind Dünnschicht-Solarzellen, die bereits in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz gekommen sind. Vor allem sind sie einfach zu installieren und flexibel einsetzbar. Vergleichen wir nun die Perowskit-Solarzellen mit ihnen:

- Die verwendeten Materialien: In der Regel werden Dünnschichtsolarzellen aus Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid hergestellt. Diese Materialien müssen auf kontrollierte Weise gehandhabt werden. Im Gegensatz dazu werden für Perowskit-Zellen sehr einfache, handelsübliche chemische Ausgangsstoffe verwendet. Diese Einfachheit kann zu niedrigeren Produktionskosten führen, wenn sie in großen Mengen hergestellt werden.

- Der Wirkungsgrad: Dies zeigt sich in der Regel in verschiedenen Tests, bei denen Dünnschichtsolarzellen im Vergleich zu Perowskit-Solarzellen tendenziell einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen. Sie fangen das Sonnenlicht zwar nicht so effizient ein wie Perowskite, aber ihre Leistung bleibt über lange Zeiträume konstant. Ingenieure haben festgestellt, dass Perowskit-Zellen manchmal bei der Energieumwandlungseffizienz an Dünnschichtzellen vorbeiziehen können, insbesondere unter Laborbedingungen. Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass Perowskite einen Vorsprung haben, wenn die Probleme mit der Stabilität entschärft werden.

- Herstellung: Die Herstellungstechniken von Dünnschichtzellen sind etabliert. Sie wurden über viele Jahre hinweg verbessert und können für eine großtechnische Produktion optimiert werden. Die Herstellung von Perowskiten wird noch verfeinert. Das Scale-up auf industrielles Niveau bleibt ein aktiver Forschungsbereich. Prozessoptimierung und verbesserte Produktionstechniken sind erforderlich, um sie mit den etablierten Dünnschichtverfahren konkurrenzfähig zu machen.

Dünnschichtsolarzellen haben zwar einen geringeren Wirkungsgrad, sind aber aufgrund ihrer Robustheit und der ausgereiften Produktionsverfahren attraktiver. Andererseits bietet die Perowskit-Zelle einen verlockenden Ausblick auf eine Zukunft, in der hohe Effizienz und niedrige Produktionskosten Hand in Hand gehen werden. Ingenieure und Forscher streiten sich derzeit auch darüber, welche Technologie für welche Anwendung geeignet ist. So könnten beispielsweise flexible Geräte die Dünnschichttechnologie erfordern, während für Dächer von Privathäusern in der Zukunft Perowskit-Paneele Vorteile bieten könnten.

Organische Solarzellen: Ein Vergleich

Organische Solarzellen gehören zu einem anderen Bereich der lichtabsorbierenden Materialien. Sie verwenden organische Polymere und kleine Moleküle, um das Sonnenlicht einzufangen. In einigen Punkten werden sie mit Perowskit-Zellen verglichen:

- Wirkungsgrad: Perowskit-Zellen sind im Allgemeinen effizienter als organische Solarzellen. Labordaten zeigen, dass Perowskit-Geräte die organischen Zellen bei der schnellen Umwandlung von Sonnenlicht in Strom übertreffen. Selbst wenn das kreative Design für organische Zellen vielversprechend ist, ist ihr absoluter Wirkungsgrad durch die intrinsischen Materialeigenschaften begrenzt.

- Stabilität und Lebensdauer: Organische Solarzellen haben im Allgemeinen eine kürzere Lebensdauer. Ihre Materialien neigen dazu, sich durch Witterungseinflüsse und ultraviolettes Licht schneller abzubauen. Perowskit-Zellen sind in diesem Bereich vielversprechender. Mit besseren Verkapselungsmethoden könnten die Perowskit-Zellen länger halten als die meisten organischen Zellen. Experimente haben gezeigt, dass gut geschützte Perowskit-Zellen ihre Leistung über längere Zeiträume aufrechterhalten können.

- Kosten und Herstellung: Sowohl organische als auch Perowskit-Solarzellen können im Lösungsprozess hergestellt werden. Im Allgemeinen sind beide Verfahren im Vergleich zur Herstellung von Siliziumzellen weniger anlagenintensiv. Dennoch haben Perowskit-Zellen in dieser Hinsicht einen Vorteil. Sie weisen in vielen Testfällen ein besseres Verhältnis zwischen Wirkungsgrad und Kosten auf. Forscher haben festgestellt, dass organische Zellen meist Zusatzstoffe oder komplexe Schichtverfahren erfordern, die die Kosten in die Höhe treiben, ohne eine vergleichbare Leistungssteigerung zu bewirken.

Die Flexibilität der organischen Solarzellen hat zu praktischen Anwendungen für tragbare Geräte und Geräte mit geringem Stromverbrauch geführt. In Zukunft könnte die Perowskit-Technologie aufgrund ihres höheren Wirkungsgrads und ihres Potenzials für eine kostengünstige Produktion eine größere Rolle bei der Entwicklung der Solarenergie spielen. Viele Pilotstudien deuten darauf hin, dass Perowskite bald für die Unterhaltungselektronik, die gebäudeintegrierte Photovoltaik und sogar für die Stromerzeugung in großem Maßstab wettbewerbsfähig werden könnten, wenn die Stabilitätsprobleme gelöst werden.

Schlussfolgerung

Silizium-Solarzellen bieten Langlebigkeit und bewährte Technologie, Dünnschichtzellen bieten Fertigungsreife und Designflexibilität, organische Zellen bedienen mit ihren leichten Formen Nischenmärkte, während Perowskit-Solarzellen hohe Effizienz bei niedrigen Produktionskosten versprechen.

Häufig gestellte Fragen

F: Was ist der wichtigste Vorteil von Perowskit-Solarzellen?

F: Sie bieten einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Herstellungskosten im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumzellen.

F: Was ist die aktuelle Herausforderung bei Perowskit-Zellen?

A: Sie sind anfällig für Umweltschäden, was die langfristige Verwendung im Freien einschränkt.

F: Wie sind Perowskit-Zellen im Vergleich zu organischen Solarzellen?

F: Im Vergleich zu organischen Zellen weisen sie in der Regel einen höheren Wirkungsgrad und eine bessere Langzeitstabilität auf.