Turbo für Solarzellen

Noch dominieren Solarzellen aus Silizium den Markt. Doch sie bekommen Konkurrenz vom neuen Wundermaterial Perowskit. Innerhalb von zehn Jahren konnten Forscher den Wirkungsgrad von Perowskitzellen verzehnfachen. Den Rekord von 22,1 Prozent hält derzeit ein koreanischer Prototyp. Er liegt damit knapp über den besten Laborzellen aus polykristallinem Silizium (21,3 Prozent).

Besonders verführerisch: Sie bestehen im Unterschied zu Silizium aus billigen Rohstoffen. Allerdings gelten Perowskite als anfällig gegen Feuchtigkeit und Hitze. Umso mutiger ist der Schritt des britischen Start-ups Oxford PV, in Brandenburg an der Havel die weltweit erste Pilotfabrik zu bauen. Dazu übernimmt es ein Entwicklungswerk für Dünnschichtzellen von Bosch. "Wir halten es für durchaus realistisch, dass innerhalb von zwei Jahren erste Module mit etwa 25 Prozent Wirkungsgrad auf den Markt kommen", sagt der deutsche CEO Frank Averdung.

Perowskite sind metallorganische Kristalle aus Methylammonium (CH3N+H3), aus Blei oder Zinn sowie aus Brom, Jod oder Chlor. Durch die Zusammensetzung lässt sich ihre "Bandlücke" variieren. Sie können also genau auf die Wellenlängen eingestellt werden, die Silizium nicht nutzen kann. Zudem lassen sich Perowskite günstig auf Silizium-Wafer aufdampfen. Das macht beide zu idealen Partnern.

Ein Tandemprototyp – entwickelt von den britischen Forschern mit dem Helmholtz-Zentrum für Materialien und Energie in Berlin – erreichte vor einem Jahr schon einen Wirkungsgrad von etwa 17 Prozent. Die obere, teilweise transparente Perowskitschicht nutzte das sichtbare Sonnenlicht, das darunter liegende Silizium den Infrarotanteil. Prinzipiell könnte die Tandemstruktur sogar Wirkungsgrade über dem theoretischen Maximum der Siliziumzellen von etwa 29 Prozent erreichen, und das wahrscheinlich zu kaum höheren Kosten.

Oxford PV selbst wird keine Tandemmodule für den Markt produzieren. Die Brandenburger Pilotfabrik soll allein die technologische Machbarkeit belegen und einige Hundert bis mehrere Tausend Tandem-Wafer am Tag herstellen. "Danach werden wir unsere Technologie an große Modulhersteller transferieren und Lizenzen vergeben", sagt Averdung. Mit einem ersten, nicht namentlich genannten Milliarden-Dollar-Hersteller von Siliziummodulen bestehe bereits eine Entwicklungskooperation.

Der Standort nahe Berlin hat sich gegen viele Alternativen weltweit durchgesetzt. "Hier finden wir ein geeignetes Gebäude, qualifizierte Mitarbeiter und eine gute Infrastruktur", sagt Averdung. Oxford PV übernimmt Dutzende der ehemals 180 Mitarbeiter von Bosch Solar CISTech. "Wir planen mit einem mittleren zweistelligen Millionenbetrag auf vier Jahre", sagt Averdung. Das Geld stammt von mehreren Investoren, darunter der norwegische Energiekonzern Statoil.

Klein ist das Risiko für die Investoren nicht. "Für jede neue Solarzelltechnologie ist es trotz signifikanter Kostenvorteile sehr schwierig, kommerziell Fuß zu fassen", sagt Tom White, renommierter Perowskitforscher an der Australian National University. Jao van de Lagemaat, Leiter der Perowskitforschung am National Renewable Energy Laboratory in Colorado, pflichtet ihm bei: "Es wird nicht einfach, mit verfügbaren Siliziumprodukten zu konkurrieren, die bereits sehr hohe Wirkungsgrade erreicht haben."

Zudem bleibt die Frage der Haltbarkeit. "Wir sind die Ersten, die auch die Langzeitstabilität nachweisen konnten", sagt Averdung. Die entsprechenden Patente halte Henry Snaith, Gründer von Oxford PV. Details über Rezeptur und Fertigung verrät Averdung allerdings nicht.

White ist entsprechend skeptisch und glaubt nicht, dass irgendjemand das Stabilitätsproblem von Perowskiten vollständig gelöst hat. "Allerdings ist die Dynamik in der Perowskitwelt sehr hoch", hält van de Lagemaat dagegen. Durch eingelagerte Rubidium-Ionen konnten etwa Forscher aus Lausanne die Lebensdauer auf mehrere Hundert Stunden verlängern.

Sollten die ersten Tandemzellen aus Brandenburg die Erwartungen – hoher Wirkungsgrad und 25 Jahre Lebensdauer – erfüllen, könnten bald darauf reine Perowskitzellen folgen, wahrscheinlich auch im Tandem aus zwei verschiedenen Perowskitvarianten mit an die 30 Prozent Wirkungsgrad. Diese ließen sich noch einmal drastisch günstiger als Siliziumzellen produzieren. "Aber sicher nicht in den nächsten fünf Jahren", glaubt Averdung. (bsc)