Perowskit-Solarzellen verschieben die Grenzen der Effizienz. Ihr Potenzial auszuschöpfen wird eine Herausforderung sein.

Die aufkommende Solartechnologie verspricht, die Energiekosten für den Übergang zu erneuerbaren Energien in den USA und Europa zu senken, doch einer breiten Einführung stehen nach wie vor Hürden im Weg.

Der Solarzellenhersteller Oxford PV gab letzte Woche bekannt, dass seine Fabrik einen Rekord für eine Solarzelle in kommerzieller Größe aufgestellt habe, die 28,6 % des Sonnenlichts in Strom umwandelte, verglichen mit herkömmlichen Zellen, die bis zu 24 % erreichen. Am selben Tag gab der chinesische Solarriese LONGi bekannt, dass er mit einer Zelle in Forschungsgröße eine Umwandlungsrate von 31,8 % erreicht habe. Ein höherer Wirkungsgrad, gemessen daran, wie viele Photonen der Sonne in Watt umgewandelt werden, senkt die Kosten für die Erzeugung von Solarenergie.

Oxford PV, ein Spin-off der Universität Oxford, gehört zu mehreren westlichen Solarunternehmen, darunter die von First Solar übernommenen Unternehmen Evolar und Saule Technologies, die dank kristalliner Mineralien namens Perowskite, die die Effizienz von Silizium in heutigen Modulen verbessern können, Fortschritte bei der Effizienz erzielen. Die Technologie von Oxford PV, die noch keinen kommerziellen Maßstab erreicht hat, trägt eine dünne Schicht Perowskite auf eine Silizium-Solarzelle auf, bevor sie zu einem Panel zusammengebaut wird. Theoretisch könnten diese sogenannten Tandemzellen einen Wirkungsgrad von 43 % erreichen, während Silizium bei 29 % liegt.

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„Silizium hat eine Grenze erreicht“, sagte Chris Case, Chief Technology Officer von Oxford PV. „Dieses Perowskit-Material hat in einem Jahrzehnt das geschafft, wofür Silizium zwei bis drei Jahrzehnte gebraucht hat.“

In seinem Werk in Brandenburg, Deutschland, stellt Oxford PV nach eigenen Angaben Zellen mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 27 % her und geht davon aus, dass sich der Wirkungsgrad um etwa einen Prozentpunkt pro Jahr verbessern wird. Die Fabrik ist klein und hat eine Jahreskapazität von 100 Megawatt, kann aber erweitert werden. Oxford PV hat Ambitionen, die Produktion im Jahr 2024 zu steigern. Das Unternehmen arbeitet mit Modulherstellern zusammen, um Branchenzertifizierungen zu erhalten, damit es im nächsten Jahr mit dem Verkauf beginnen kann.

Laut Solaranalysten könnten Perowskit-Solarmodule in diesem Jahrzehnt kommerzialisiert werden, dank einer Ausweitung der Solarinvestitionen, die durch staatliche Beihilfen aus den USA und Europa vorangetrieben wird. Effizientere Paneele würden den weltweiten Übergang zu erneuerbaren Energien erleichtern, da sie für die Stromlieferung weniger Dachfläche und Land benötigen. Laut der Internationalen Energieagentur muss der Globus bis 2030 über mehr als 5.000 Gigawatt Solarkapazität verfügen, um bis 2050 Netto-Treibhausgasemissionen von rund 885 Gigawatt im Jahr 2021 zu erreichen.

Die Fortschritte in der Solartechnologie kommen zu einem Zeitpunkt, an dem die USA und Europa daran arbeiten, die Produktionskapazitäten zu stärken, um die Abhängigkeit von China zu verringern, das den Großteil der weltweiten Module liefert. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur dominiert China mehr als 80 % der weltweiten Herstellung von Solarmodulen. China hat sich seine Position vor allem durch frühe staatliche Investitionen, eine exportorientierte Strategie und niedrige Arbeitskosten erarbeitet.

Perowskit-Solarmodule könnten gut in die Fertigung passen, die westliche Länder zum Ausbau erneuerbarer Energien ausbauen, sagen Solaranalysten, weisen jedoch darauf hin, dass neue Arten der Solartechnologie in der Vergangenheit entstanden und wieder verschwunden sind. Obwohl Perowskit-Module höhere Vorlaufkosten für die Herstellung haben, können sie Kunden ansprechen, da sie einen niedrigeren Energiepreis bieten und weniger Platz benötigen.

„Es wird für die USA oder Europa schwierig sein, mit in China ansässigen Unternehmen allein über die Kosten zu konkurrieren, daher könnte ein Produkt, das erstklassige Leistung zu höheren Kosten bietet, gut passen“, sagte Martin Green, Professor für Ingenieurwissenschaften an der University of New South Wales.

Dennoch sagte er, China arbeite an der gleichen Technologie und Bedenken hinsichtlich der Haltbarkeit von Perowskit hätten den Durchbruch verhindert. Perowskit-Hersteller müssen nachweisen, dass die Module eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren haben, was dem Industriestandard entspricht. Tests hätten gezeigt, dass die Zellen innerhalb von Monaten schnell abgebaut würden, sagte Green.

Als Reaktion darauf sagte Case von Oxford PV, das Unternehmen habe seine Zellen so konzipiert, dass sie eine Lebensdauer von 25 Jahren erreichen oder übertreffen, was durch mehr als dreijährige Untersuchungen von Modulen in Originalgröße in Außenumgebungen und Tests, die die Langzeitstabilität vorhersagen, nachgewiesen wurde. Während die Zertifizierung noch aussteht, sagte er, das Unternehmen habe Daten auf Branchenkonferenzen ausgetauscht und arbeite mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE zusammen, um Tests für die Tandem-Technologie zu entwickeln, da es keinen vereinbarten Industriestandard gebe.

„Das Gespräch über die Degradation ist alt und reicht bis in die Anfänge der Perowskit-Solartechnologie zurück“, sagte Case.

Die Perowskit-Technologie ist beeindruckend, aber es bedarf weiterer Forschung zu ihrer Haltbarkeit und Zuverlässigkeit, um den Weg für ihren Einsatz in Solarkraftwerken im Versorgungsmaßstab zu ebnen, sagte Diego Diaz, globaler Leiter für Technologie und Ventures beim Riesen für erneuerbare Energien Iberdrola. Selbst ohne Perowskit sagte er, dass die Solarindustrie die Kosten für ihren erzeugten Strom bis 2030 voraussichtlich bereits um 30 % senken werde, was zum großen Teil darauf zurückzuführen sei, dass herkömmliches Silizium Effizienzsteigerungen von etwa einem halben Prozentpunkt pro Jahr erziele.

„Solar ist bereits wettbewerbsfähig und wird es auf jeden Fall noch wettbewerbsfähiger sein, selbst wenn die angekündigte Technologie keinen kommerziellen Status erreicht“, sagte Diaz.

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Die Nachrichtenabteilung des Wall Street Journal war an der Erstellung dieses Inhalts nicht beteiligt.