Perowskit-Solarzellen sind deutlich leichter, günstig herzustellen und zugleich sehr effizient, sagt Christoph Putz vom Institut für Experimentalphysik der JKU Linz. „Das macht diese Solarzellen besonders attraktiv für zukünftige Satellitenmissionen und neue Konzepte der Energiegewinnung im Weltraum, bei denen große Flächen benötigt werden, die aber nicht zu schwer sein dürfen.“ Bisher wurden sie erforscht und sind in Pilotanwendungen zum Einsatz gekommen. „Ihr größtes Potenzial liegt darin, klassische Silizium-Solarzellen zu ergänzen: In sogenannten Tandem-Solarzellen können sie auf eine Siliziumzelle aufgebracht werden und so den Wirkungsgrad deutlich steigern. Darüber hinaus eignen sich Perowskit-Solarzellen besonders für neue Einsatzbereiche, etwa in leichten, flexiblen oder halbtransparenten Modulen, zum Beispiel für gebäudeintegrierte Photovoltaik (Fenster, Fassaden), in tragbare Elektronik oder Anwendungen, bei denen geringes Gewicht und flexibilität wichtig sind“, erklärt der Physiker.
Wie testet man Perowskit-Solarzellen?
Christoph Putz und seine Kolleg*innen entwickelten quasi 2D-Perowskit-Solarzellen, die den extremen Bedingungen im Weltall standhalten können. „In der Erdumlaufbahn sind die Solarzellen ungeschützt der hochenergetischen Sonnenstrahlung, starken Temperaturschwankungen und atomarem Sauerstoff ausgesetzt. Diese Kombination kann schnell zu Defekten in den Materialien führen. Durch das gezielte Doping des Perowskit-Kristalls mit dem Molekül Methylbenzylammonium, sowie der Einkapselung der fertigen Solarzellen konnten sie diesen Bedingungen aber erstaunlich gut standhalten.“ Unter Einkapselung versteht man bei Solarzellen das schützende Ummanteln bzw. Versiegeln der empfindlichen Materialien mit speziellen Schutzschichten.
Um dies zu testen, braucht es spezielle Anlagen. Dafür werden die Solarzellen in Vakuumkammern untersucht, diese sollen das Weltraumumfeld nachbilden. „Dort können wir die Proben gezielt hochenergetischer UV- und Teilchenstrahlung aussetzen und starke und schnelle Temperaturschwankungen zwischen sehr kalt und sehr heiß erzeugen wie sie typisch für niedrige Erdumlaufbahnen sind. Zusätzlich führen wir beschleunigte Alterungstests durch: Dabei werden die Belastungen gezielt verstärkt, um in kurzer Zeit zu beobachten, wie stabil die Materialien langfristig bleiben würden. So können wir relativ zuverlässig abschätzen, wie sich die Solarzellen später tatsächlich im Weltall verhalten“, erklärt Christoph Putz.
Weitere künftige Anwendungen
Da die Perowskit-Solarzellen flexibel und um ein Vielfaches leichter sind als herkömmliche Solarzellen, könnte dank ihnen die Nutzlast von Satelliten deutlich verringert werden. Das wirkt sich wiederum positiv auf den Treibstoffverbrauch aus. Zudem besteht die Möglichkeit, kompakt ausrollbare oder faltbare Solarfolien beim Raketenstart zu verwenden, diese beanspruchen kaum Platz. Darüber hinaus gibt es für die Perowskit-Solarzellen ebenso Verwendung: „Technologien, die für extreme Bedingungen im All entwickelt werden, finden häufig auch Anwendungen auf der Erde. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern wichtige Impulse für flexible Elektronik, tragbare Geräte undenergieautarke Sensorsysteme, etwa im Bereich Wearables oder vernetzter Technologien.“
