Perowskit-Solarzellen sollen zuerst den Weltraum und dann die Erde erobern

Melden Sie sich an für Tägliche Nachrichten-Updates von CleanTechnica per E-Mail. Oder Folgen Sie uns auf Google News!

---

Perowskit-Solarzellen haben die Aufmerksamkeit von Forschern auf der ganzen Welt auf sich gezogen, da sie im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen bahnbrechende Verbesserungen bei Kosten, Gewicht, Flexibilität und Anwendungsbereich versprechen. Die Technologie hat noch einen langen Weg vor sich, bevor sie auf den Massenmarkt gelangt, und könnte, wenn alles nach Plan verläuft, auch eine Abkürzung durch den Weltraum beinhalten.

Spannende Neuigkeiten über Perowskit-Solarzellen

CleanTechnica hat viel (und viel) Tinte über das Potenzial der Perowskit-Technologie verschüttet, die Erschwinglichkeitsgrenzen von Solarenergie zu verschieben. Die Verbindung zum Weltraum ist besonders spannend, da die Erforschung des Weltraums der ursprüngliche Motor war, der die Entwicklung der kommerziellen Solarindustrie im 20. Jahrhundert vorangetrieben hat.

Die NASA brachte 1958 ihre ersten Silizium-Solarzellen an Bord der Vanguard 1 auf den Markt, nur vier Jahre nachdem Forscher auf dem Bell Labs-Campus in New Jersey die erste für den praktischen Einsatz konzipierte Photovoltaikzelle vorgeführt hatten.

Der Einkristall-Silizium-Solartechnologie Sported by Vanguard 1 wurde entwickelt, um den Sender mit Strom zu versorgen. Das Array bestand aus sechs Zellen mit einer Seitenlänge von etwa 5 Zentimetern und einem Solarumwandlungswirkungsgrad von 10 %.

Und schauen Sie, wo wir jetzt sind. Zu den neuesten Entwicklungen gehört die Ankündigung des Solarunternehmens LONGi im vergangenen Dezember ein neuer Weltrekord von 27,09 % für die Umwandlungseffizienz seiner neuesten Silizium-Solarzelle.

Eine nahezu Verdreifachung der Umwandlungseffizienz in etwa 60 Jahren stellt einen beeindruckenden Fortschritt für Silizium dar. Jetzt kommt Perowskit und schlägt Silizium mit seinen eigenen Waffen.

Perowskit-Solarzellen nutzen synthetische Versionen eines natürlich vorkommenden Minerals, das 1839 vom Mineralogen Gustavus Rose entdeckt und nach einem anderen Mineralogen, Lev Perovski, benannt wurde. Wenn Sie wissen, warum, schreiben Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread.

Die American Chemistry Society hat Perowskit bereits 2021 für seine „Molekül der Woche“-Reihe ausgewählt und erklärt, dass Perowskit aus der farblosen Verbindung Calciumtitanat (auch bekannt als Calciumtitanoxid0) besteht, die je nach Zugabe von Eisen, Kupfer und anderen Verunreinigungen verschiedene Farben annimmt .

„Der Name ‚Perowskit‘ wird allgemein auch für Verbindungen mit der Struktur ABX verwendet₃, wobei A ein Metall mit der Oxidationsstufe 2+ ist; B ist ein Metall mit der Oxidationsstufe 4+; und X ist ein Nichtmetall, normalerweise Sauerstoff, mit der Oxidationsstufe 2–“, fügt ACS hinzu.

Die Anwendung von Perowskiten in der Solartechnologie kam erst 2009 zutage, als ein Forschungsteam in Japan wird die Einführung der ersten Perowskit-Solarzelle zugeschrieben.

Das Team hat berichtet ein Umwandlungswirkungsgrad von 3,8 % für ihr Gerät. Die Entdeckung löste in den folgenden Jahren ein intensives Streben nach weiteren Steigerungen der Umwandlungseffizienz aus. Über die neuesten Entwicklungen berichtete im vergangenen Sommer ein Forschungsteam der National University of Singapore 24,35 % Umwandlungseffizienz für eine Perowskit-Solarzelle, nur um einige Monate später von der Northwestern University verdrängt zu werden, die berichtete 25,1 % für ihr Solargerät.

Perowskit-Solarzellen im Weltraum

Rechnet man das durch, ist das eine viel schnellere Fortschrittsrate, als sie im Siliziumbereich gezeigt wurde, und weitere Verbesserungen sind auf dem Weg.

Abgesehen von der Optimierung der Umwandlungseffizienz haben sich die Forscher auch mit Stabilitätsproblemen befasst, die frühere Iterationen der Perowskit-Technologie belasteten. Eine Lösung besteht darin, Perowskit- und Siliziummaterial in derselben Solarzelle zu koppeln, was zu einer verbesserten Umwandlungseffizienz und Stabilität führt. Letztes Jahr erreichte eine Tandem-Perowskit-Silizium-Solarzelle die Marke von 33,9 % Umwandlungswirkungsgrad und überschritt damit nur Zentimeter die theoretische Grenze von 33,7 % für Silizium allein.

NASA-Forscher haben auch damit begonnen, die Leistung von Perowskiten auf der Internationalen Raumstation zu bewerten, und eine Forschergruppe am California Institute of Technology hat Perowskite in ihre Solarzellensammlung aufgenommen, um eine drahtlose Solarenergie vom Weltraum zur Erde zu testen Projekt (mehr erfahren CleanTechnica Weltraum-Solarabdeckung hier).

Das US-Unternehmen Merida Aerospace wartet nicht ab, was als nächstes passiert. Anfang dieser Woche gab das Unternehmen bekannt, dass es Perowskit-Solarzellen für den Einsatz in entwickelt Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn.

Merida weist darauf hin, dass LEO-Satelliten typischerweise Solarmodule aus Galliumarsenidzellen einsetzen, die einen Umwandlungswirkungsgrad von etwa 30 % ermöglichen können. Die Galliumarsenid-Formel hat sich auch bei Raumfahrtanwendungen bewährt.

Das ist alles schön und gut, aber es könnte besser sein. Gallium ist selten und teuer. Perowskite könnten eine wirtschaftlichere Lösung darstellen und gleichzeitig Probleme in der Lieferkette lösen.

Gallium hat sich einen Platz auf der Liste der kritischen Materialien des US-Energieministeriums gesichert, das feststellt, dass „Gallium nicht direkt abgebaut wird, sondern als Nebenprodukt der Aluminiumherstellung entsteht“.

„China ist dafür verantwortlich über 90 % der weltweiten Galliumproduktion und im Jahr 2023 strenge Beschränkungen für den Export dieses kritischen Elements angekündigt“, fügt das Energieministerium hinzu.

Der Vorteil einer Perowskit-Solarzelle

Ein weiterer Vorteil der Perowskit-Technologie ist ihre Herstellbarkeit. Im Gegensatz zu den Reinigungs- und Herstellungsschritten, die für Silizium erforderlich sind, können Perowskite zu einer Lösung formuliert und auf eine Oberfläche gesprüht, gedruckt oder gestrichen werden.

„Perowskit-Zellen bieten Kosteneffizienz durch vereinfachte und wirtschaftliche Herstellungsverfahren. Aufgrund ihrer Flexibilität und Vielseitigkeit eignet sich das Material für vielfältige Anwendungen, von leichten bis hin zu biegsamen Solarmodulen“, bemerkt Merida.

„Während Galliumarsenid ein Synonym für hohe Effizienz ist, deuten laufende Untersuchungen darauf hin, dass Perowskit-Zellen die Effizienzlücke schnell schließen und potenziell vergleichbare oder sogar höhere Effizienzniveaus aufweisen“, fügt das Unternehmen hinzu.

Was die Frage der Perowskit-Haltbarkeit angeht, ist Andrea Marquez, Forschungsingenieurin in Merida, offenbar der Ansicht, dass diese Frage im Hinblick auf Weltraumanwendungen geklärt werden muss.

„Perowskit-Solarzellen haben dank eines Selbstheilungseffekts unter Weltraumbedingungen eine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit gegenüber energiereicher Strahlung gezeigt“, bemerkte Marquez in einer Pressemitteilung.

„Darüber hinaus wird die Anordnung der Perowskitkristalle von der Raumtemperatur beeinflusst, was ihre Lichtabsorptionsfähigkeit verbessert“, fügte sie hinzu.

Vom Weltraum zur Erde

Merida scheint bereits zuversichtlich, dass Perowskite ihren Weg in weit verbreitete Anwendungen auf der Erde finden und eine neue Generation erschwinglicher Solartechnologie einläuten werden.

„Die Perowskit-Technologie könnte zu einer gängigen Wahl für die Stromversorgung von Wohn-, Gewerbe- und Industrieanwendungen werden“, bemerkt Merida. „Dieser Wandel könnte die Landschaft der Solarindustrie neu definieren und in eine Zukunft führen, in der Perowskit-Solarzellen eine entscheidende Rolle dabei spielen, den wachsenden Energiebedarf der Welt nachhaltig zu decken.“

Sie mögen sich selbst übertreffen, aber nicht viel. Letzten Mai, CleanTechnica nahm die neuen Entwicklungen im Bereich der Perowskit-Markteinführung zur Kenntnis, darunter ein Update zu einem Spin-off der Universität Oxford namens Oxford PV.

Oxford hat sich bereits entwickelt ein ganzes Solarpanel mit einem Umwandlungswirkungsgrad von 25 %, hergestellt mit Unterstützung des Fraunhofer-Instituts in Deutschland zum Nachweis der Produktionstauglichkeit. Am 31. Januar meldete das Unternehmen, dass es sich auf den Beginn der kommerziellen Auslieferung in seinem bestehenden Werk in Deutschland vorbereitet.

Das ist nur ein Unternehmen. Auch andere Perowskit-Stakeholder sind mit von der Partie, also behalten Sie Ihre Hut.

Folgen Sie mir @tinamcasey auf Bluesky, Threads, Post und LinkedIn.

Bild: Perowskit-Solarzellen im Weltall Mit freundlicher Genehmigung von Merida über prnewswire.com.