Das neue lichtabsorbierende Material, das von Forschenden der Universität Oxford entwickelt wurde, ist zum ersten Mal dünn und flexibel genug, um auf die Oberfläche fast jedes Gebäudes oder Gebrauchsgegenstands aufgebracht zu werden. Dank einer in Oxford entwickelten Technik, bei der mehrere Licht absorbierende Schichten zu einer Solarzelle gestapelt werden, können Solarzellen einen größeren Bereich des Lichtspektrums nutzen und so aus der gleichen Menge Sonnenlicht mehr Strom erzeugen.
Dieses ultradünne Material, das diesen sogenannten Mehrfachübergang-Ansatz nutzt, wurde nun von unabhängiger Seite für eine Energieeffizienz von über 27 Prozent zertifiziert und erreicht damit erstmals die Leistung herkömmlicher, einschichtiger energieerzeugender Materialien, die als Silizium-Photovoltaik bekannt sind. Das japanische National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) erteilte die Zertifizierung noch vor der Veröffentlichung der wissenschaftlichen Studie der Forscher im Laufe dieses Jahres.
Wirkungsgrad von 6 Prozent auf über 27 Prozent erhöht
„In den nur fünf Jahren, in denen wir mit unserem Stapel- oder Mehrfachverbindungsansatz experimentiert haben, konnten wir den Wirkungsgrad der Energieumwandlung von etwa 6 Prozent auf über 27 Prozent steigern, was nahe an die Grenzen dessen heranreicht, was die Einschicht-Photovoltaik heute erreichen kann“, so Dr. Shuaifeng Hu, Post-Doktorand an der Fakultät für Physik der Universität Oxford. „Wir glauben, dass mit diesem Ansatz im Laufe der Zeit weitaus höhere Wirkungsgrade von über 45 Prozent erreicht werden können.“
Zum Vergleich: Der Wirkungsgrad heutiger Solarpaneele liegt bei etwa 22 Prozent (das heißt, sie wandeln etwa 22 Prozent der Energie des Sonnenlichts um), aber auch die Vielseitigkeit des neuen ultradünnen und flexiblen Materials ist entscheidend. Mit einer Dicke von etwas mehr als einem Mikrometer ist es fast 150-mal dünner als ein Silizium-Wafer. Im Gegensatz zur bisherigen Photovoltaik, die in der Regel auf Siliziumplatten aufgebracht wird, kann dieses Material auf nahezu jeder Oberfläche aufgebracht werden.
„Durch die Verwendung neuer Materialien, die als Beschichtung aufgetragen werden können, haben wir gezeigt, dass wir Silizium imitieren und sogar übertreffen können, während wir gleichzeitig an Flexibilität gewinnen. Das ist wichtig, weil es mehr Solarenergie verspricht, ohne dass so viele siliziumbasierte Paneele oder speziell gebaute Solarparks benötigt werden“, sagt Dr. Junke Wang, Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin an der Fakultät für Physik der Universität Oxford.
Die Forscher gehen davon aus, dass ihr Ansatz die Kosten der Solarenergie weiter senken und sie zur nachhaltigsten Form der erneuerbaren Energien machen wird. Seit 2010 sind die Kosten für Solarstrom im weltweiten Durchschnitt um fast 90 Prozent gesunken und liegen damit um fast ein Drittel unter den Kosten für Strom aus fossilen Brennstoffen. Neuheiten versprechen weitere Kostensenkungen, da neue Materialien wie Dünnschicht-Perowskit den Bedarf an Siliziumpaneelen und speziell gebauten Solarparks verringern.
„Die neuesten Innovationen im Bereich der Solarmaterialien und -techniken, die in unseren Labors demonstriert wurden, könnten eine Plattform für eine neue Industrie werden, die Materialien herstellt, um Solarenergie nachhaltiger und billiger zu erzeugen, indem sie bestehende Gebäude, Fahrzeuge und Gegenstände nutzt“, sagt Henry Snaith, Professor für Erneuerbare Energien am Fachbereich Physik der Universität Oxford.
Nachhaltigste und billigste Form der erneuerbaren Energien
„Wir können uns vorstellen, dass Perowskit-Beschichtungen auf eine Vielzahl von Oberflächen aufgebracht werden, um billigen Solarstrom zu erzeugen, zum Beispiel auf den Dächern von Autos und Gebäuden und sogar auf der Rückseite von Mobiltelefonen. Wenn auf diese Weise mehr Solarenergie erzeugt werden kann, müssen wir langfristig weniger Siliziumpaneele verwenden oder immer mehr Solarparks bauen“, fügt Dr. Wang hinzu.
Die Forscher gehören zu einer Gruppe von 40 Wissenschaftlern, die sich unter der Leitung von Henry Snaith, Professor für Erneuerbare Energien am Fachbereich Physik der Universität Oxford, mit Photovoltaik beschäftigen. Ihre Arbeit auf dem Gebiet der Photovoltaik und insbesondere der Verwendung von Dünnschicht-Perowskiten begann vor etwa zehn Jahren. Ihre Arbeit birgt ein großes kommerzielles Potenzial und hat bereits zu ersten Anwendungen in der Energie-, Bau- und Automobilbranche geführt.
Oxford PV, ein britisches Unternehmen, das 2010 von seinem Mitbegründer und wissenschaftlichen Leiter, Professor Henry Snaith, aus der Oxford University Physics ausgegründet wurde, um die Perowskit-Photovoltaik zu kommerzialisieren, hat vor kurzem in seinem Werk in Brandenburg an der Havel bei Berlin mit der Produktion von Perowskit-Photovoltaik in großem Maßstab begonnen. Dabei handelt es sich um die weltweit erste Serienfertigungsanlage für Tandem-Solarzellen mit Perowskit auf Silizium.
„Wir haben ursprünglich Standorte im Vereinigten Königreich in Betracht gezogen, um mit der Produktion zu beginnen, aber die Regierung hat noch nicht die gleichen steuerlichen und kommerziellen Anreize geboten wie in anderen Teilen Europas und den Vereinigten Staaten“, sagte Professor Snaith. „Bisher hat das Vereinigte Königreich bei der Solarenergie nur an den Bau neuer Solarparks gedacht, aber das wirkliche Wachstum wird durch die Kommerzialisierung von Innovationen entstehen – wir hoffen sehr, dass die neu geschaffene British Energy ihre Aufmerksamkeit darauf richten wird.“
„Wir haben gezeigt, dass das Vereinigte Königreich innovativ und wissenschaftlich wegweisend ist. Ohne neue Anreize und einen besseren Weg zur Umsetzung dieser Innovation in die Produktion wird das Vereinigte Königreich jedoch die Chance verpassen, diese neue globale Industrie anzuführen“, fügte Professor Snaith hinzu.
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