Die Sonne ist ein gewaltiges Kraftwerk: Schon in einer Stunde trifft auf der Erde so viel Energie ein, wie weltweit in einem Jahr verbraucht wird. Mit Solarzellen lässt sich ein Teil davon nutzen - die Technik dafür ist über 70 Jahre alt, könnte aber jetzt entscheidend verbessert werden.
Im Südwesten wird seit Jahren an effizienteren Solarmodulen geforscht. Eine zusätzliche Schicht macht die Solarzellen der Zukunft deutlich leistungsfähiger. In Stuttgart und am Fraunhofer Institut für Solar Energiesysteme in Freiburg arbeiten Forschende daran, diese Technik schnell zur Marktreife zu bringen.
Neue Solarmodule auf dem Dach der Uni Stuttgart
Auf dem Dach des Instituts für Photovoltaik der Universität Stuttgart stehen wahrscheinlich die ersten Perowskit-Solarmodule, die Strom in das deutsche Netz einspeisen. Das neue Material nutzt Teile des Sonnenlichts, die herkömmliche Solarzellen kaum erfassen, und kann so mehr Strom liefern.
"Man träumt ja immer davon, aber es wirklich hier im Feld zu sehen, das ist natürlich ganz faszinierend", sagt Institutsleiter Michael Saliba. Perowskit sei eine Dünnschichttechnologie mit Schichten "viel dünner als ein menschliches Haar", die trotzdem viel Licht aufnehmen können.
Tandem-Solarzellen: Zwei Schichten, mehr Wirkungsgrad
Die Perowskit-Schicht lässt sich auf herkömmliche Silizium-Solarzellen aufbringen. So entsteht eine Tandem-Solarzelle: unten Silizium, oben Perowskit. Beide Schichten nutzen unterschiedliche Teile des Sonnenlichts und wandeln zusammen mehr Licht in Strom um.
Übliche Silizium-Solarzellen schaffen in der Praxis etwa 25 Prozent Wirkungsgrad, also rund ein Viertel des Sonnenlichts wird zu Strom. Im Labor erreichen Tandem-Solarzellen bereits 35,5 Prozent. "Wir streben eher die 40 Prozent an", sagt Saliba. Noch ist das im Alltag nicht erreicht. In Brandenburg baut das Unternehmen Oxford PV aber bereits erste Tandem-Module, die mit heutigen Standard-Solarzellen mithalten - mit Potenzial nach oben.
Forschung in Freiburg: Wie kommen die Solarzellen auf den Markt?
Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg testen Forschende, wie Tandem-Solarzellen in Serie produziert werden können. Entscheidend ist die Lebensdauer. "Jeder, der eine Solarzelle auf dem Dach hat, möchte nicht alle fünf Jahre ein Gerüst aufbauen und das Modul austauschen", sagt Martin Hermle.
Oxford PV gibt für erste Produkte etwa zehn Jahre Haltbarkeit an und peilt ab 2027 rund 27 Prozent Wirkungsgrad an - mehr als bei heutigen Standardzellen. Damit die Module länger halten, wird die schützende Verkapselung verbessert. Früher eingeschlossene Wassermoleküle, die die Zellen schneller altern ließen, sollen künftig vermieden werden.
Rasante Entwicklung, neue Anwendungen für Strom aus Solarzellen
Die neue Solarzellentechnik hat sich schnell entwickelt. 2009 gelang in Japan erstmals der Bau einer Perowskit-Solarzelle im Labor, vor rund zehn Jahren stieg der Wirkungsgrad so deutlich, dass ein Einsatz in der Praxis realistisch wurde. "Es hat noch nie so einen schnellen Fortschritt gegeben bei einer Technologie wie bei den Perowskiten", sagt Saliba.
Perowskite können auch als einzelne flexible Schicht eingesetzt werden. "Gebogene Flächen sind auf einmal erreichbar. Das eignet sich besonders gut für Fassaden oder für Fahrzeuge, die gebogene Flächen haben", sagt Saliba. Zudem sind die Schichten leicht - ein Vorteil für mobile Anwendungen.
So könnten in Zukunft Lastkraftwagen auf dem Dach ihren eigenen Strom herstellen, Solarfassaden an Gebäuden wären möglich. Die heute genutzte Perowskit-Variante wurde an der Universität Stuttgart entwickelt. "Die meisten Maschinenhersteller für Dünnschichtfabrikationsmethoden sind hier in Baden-Württemberg. Und dieses Wissen ist natürlich Gold wert", sagt Saliba.
China investiert bereits stark in die neue Technik. Saliba sieht trotzdem Chancen für Deutschland und Europa – vor allem bei reinen Perowskit-Solarzellen: "Die Unabhängigkeit ist möglich, weil man sich vollumfänglich auf die Technologie stützen kann, die man in Europa hat." Oxford PV will ab 2027 in Deutschland größere Mengen produzieren. Mit Perowskit-Tandemzellen könnten Baden-Württemberg und Deutschland bei der nächsten Solar-Generation eine wichtige Rolle spielen.
