An neuen Wegen f\u00fcr die Solarenergie der Zukunft forscht ein Marburger Physiker. Seine L\u00f6sungsans\u00e4tze hat Prof. Dr. Jan Christoph Goldschmidt k\u00fcrzlich vorgestellt.
\n2022 erreichte die Photovoltaik (PV) einen wichtigen Meilenstein: Die weltweit installierte elektrische Leistung \u00fcberstieg den magischen Wert von einem Terawatt (TW). „Das entspricht ungef\u00e4hr 1.000 Atomkraftwerken“, erl\u00e4uterte der Marburger Physiker Prof. Dr. Jan Christoph Goldschmidt.
\nWieviel PV-Leistung in Zukunft f\u00fcr einen kosteneffizienten Klimaschutz und zur Deckung der Energiebed\u00fcrfnisse der Menschheit notwendig ist, hat eine internationale Forschungsgruppe jetzt im Fachmagazin „Science-vom 7. April 2023 vorgerechnet. Bis zum Jahr 2050 k\u00f6nnten 75 TW installiert sein.
\n„Die PV leistet dann den gr\u00f6\u00dften Beitrag zur Energieversorgung und um den Klimawandel einzud\u00e4mmen“, erl\u00e4uterte der Co-Autor Goldschmidt. Eine Herausforderung, die sein Team und er identifiziert haben ist, langfristig die Energieausbeute zu erh\u00f6hen, und zum anderen den Ressourcen- wie auch den Energieverbrauch bei der Produktion von Solarzellen weiter zu reduzieren. Wie eine Solarzelle der Zukunft aussieht, daran forschen Goldschmidt und sein Team in der Marburger Physik.
\nKlassische Solarzellen funktionieren auf Siliziumbasis. Deren Energieausbeute – Fachleute sprechen von Wirkungsgrad – ist physikalisch bedingt auf rund 29 Prozent beschr\u00e4nkt. F\u00fcr h\u00f6here Wirkungsgrade sind daher andere Materialien, Materialkombinationen sowie neue Zelldesigns oder -konstruktionen gefordert.
\n„Die Idee ist hier, zwei verschiedene Solarzellen \u00fcbereinander zu stapeln“, erl\u00e4uterte Goldschmidt. Bei diesen sogenannten Tandem-Solarzellen wandelt eine klassische Siliziumzelle das langwellige Licht in elektrische Energie um. Der kurzwelligere, sichtbare Anteil, der sonst nicht besonders effizient genutzt wird, wird dagegen in einer zweiten Materialschicht in Strom umgewandelt.
\nBesonders geeignet sind daf\u00fcr sogenannte „Perowskite“. Dabei handelt es sich um eine Kristallstruktur, die erst seit rund zehn Jahren f\u00fcr PV-Anwendungen erforscht wird.
\nBeim Ressourceneinsatz wollen die Forschenden an gleich mehreren Stellschrauben drehen. Wurde bereits in den Jahren 2000 bis 2022 die Siliziummenge (Si) pro Megawatt (MW) Leistung von 14 Tonnen auf 2 bis 3 Tonnen reduziert, so d\u00fcrfte sich das mit noch d\u00fcnneren Siliziumscheiben weiter verringern. Da Silizium im Herstellungsprozess die gr\u00f6\u00dfte Energiemenge verbraucht, wollen die Forschenden gar komplett auf Si verzichten.
\n„Ins Spiel kommen Tandem-Zellen aus zwei verschiedenen Perowskit-Schichten, die wir hier bald herstellen und charakterisieren wollen“, sagte Goldschmidt. Ferner sollen auch seltene und teure Materialien wie Silber f\u00fcr die elektrische Kontaktierung immer weiter verringert und durch Kupfer, Aluminium oder sogar aus Pflanzenreststoffen erzeugtem Kohlenstoff ersetzt werden. Das setzt detaillierte Forschung an Materialproben und -systemen voraus, die der Marburger Physiker, der vor rund einem Jahr vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Solare Energieerzeugung von Freiburg an den Fachbereich Physik der Philipps-Universit\u00e4t gewechselt ist, bald in neuen Labors ansto\u00dfen will.
\nGoldschmidt ist sich sicher, dass in den Tandem-Perowskit-Zellen enormes Potenzial steckt, um den Energiebedarf in Zukunft umweltschonend und das Klima sch\u00fctzend decken zu k\u00f6nnen. „Jedes Zehntel Grad Celsius weniger Klimaerw\u00e4rmung z\u00e4hlt, um gravierende Klimafolgen zu vermeiden“, betonte Goldschmidt. Ein schneller Ausbau der PV auf Basis der aktuellen Si-Technologie jetzt und die langfristige Entwicklung einer noch effizienteren und Ressourcen-schonender Solartechnik spielt dabei nach Ansicht des Fachmanns die gr\u00f6\u00dfte Rolle.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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