Ein Team um die Empa-Forscherin Mirjana Dimitrievska hat in einer Publikation in der Fachzeitschrift Nature Energy analysiert, welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit neue Solarzellen-Technologien sich am Markt behaupten können. Im Mittelpunkt stehen zwei Dünnschicht-Materialien: Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) und Perowskite. Beide erreichen im Labor hohe Wirkungsgrade, haben den kommerziellen Durchbruch aber bislang nicht geschafft.
CIGS scheiterte an Skalierungskosten, Perowskite an Stabilität
CIGS-Solarzellen erlebten ihren Höhepunkt in den 1990er- und 2000er-Jahren, als hohe Siliziumpreise die Suche nach Alternativen antrieben. Doch der komplexe Herstellungsprozess erwies sich als zu teuer in der Skalierung. Perowskit-Solarzellen wiederum lassen sich potenziell kostengünstig drucken.
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Weltweit flossen laut der Studie bereits über 500 Millionen US-Dollar in die Technologie. „Perovskite sind noch nicht sehr stabil", sagt Dimitrievska. „Sie reagieren sehr empfindlich auf Umwelteinflüsse." Zudem fehlen Langzeittests unter realen Bedingungen.
Forschung und Industrie mit unterschiedlichen Prioritäten
Die Autoren empfehlen, den Fokus stärker auf Stabilität und Nachhaltigkeit der Materialien zu legen statt auf weitere Effizienzrekorde. „Es ist der Industrie viel wichtiger, dass das Produkt eine lange Lebensdauer hat, zuverlässig ist und sich kostengünstig herstellen lässt, als ein paar Prozentpunkte mehr Effizienz", sagt Dimitrievska.
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„In der Forschung werden aber vor allem Effizienzrekorde belohnt; sie führen zu hochkarätigen Publikationen und ziehen Forschungsgelder an." Forschung und Industrie müssten daher früher zusammenarbeiten. Von der Industrie wünschen sich die Forscher mehr Offenheit bei negativen Ergebnissen, die bislang selten veröffentlicht würden. Das müsste sich ändern.
Dünnschicht als Ergänzung zu Silizium
Die Autoren sehen beide Technologien nicht als Konkurrenz zu Silizium, sondern als Ergänzung. Mit Perowskiten und CIGS lassen sich leichte, biegsame Solarzellen herstellen – etwa für das Internet der Dinge, Mobilität oder smarte Textilien. Zudem werden Tandem-Technologien entwickelt, die Silizium mit Dünnschichten kombinieren, um den Wirkungsgrad weiter zu steigern. (nhp)
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