Mit einer Rekord-Solarzelle wollen Forscher aus dem sonnigen Australien die Kosten für Solarstrom deutlich senken. Als Material setzen sie Kesterit ein, ein kristallines Mineral, das die Elemente Kupfer, Zink, Zinn, Eisen und Schwefel enthält. Es kommt in der Natur zwar selten vor, lässt sich aber problemlos synthetisch herstellen. Da die Grundbestandteile auf der Erde sehr häufig vorkommen ist das Material sehr preiswert und ungefährlich, weil nichts davon giftig ist. Die Kosten werden weiter gedrückt, weil es sich um eine Dünnschicht-Solarzelle handelt, deren photoelektrisch aktive Schicht sehr dünn ist.
Silizium hat viele Nachteile
Mit einem Wirkungsgrad von 13,2 Prozent haben die Ingenieure an der University of New South Wales in Sydney zwar einen Weltrekord aufgestellt. Doch der liegt weit hinter den Werten der heute meistverwendeten Siliziumzellen zurück. Dass die Kesterit-Zelle dennoch Zukunft haben könnte liegt daran, dass die Herstellung von Silizium für die Photovoltaik fast ebenso energieaufwändig ist wie für die Halbleiterherstellung. Außerdem werden große Mengen an Material benötigt und der Herstellungsprozess ist aufwändig, lauter Nachteile gegenüber der Kesterit-Konkurrenz.
Perowskit-Zellen sind zu kurzlebig
Ähnliche Vorzüge haben Perowskit-Zellen, die sogar auf einen höheren Wirkungsgrad als Siliziumzellen kommen. Doch deren grundsätzliches Problem ist trotz weltweiter Bemühungen noch nicht gelöst. Sie degenerieren innerhalb von wenigen Jahren, produzieren also immer weniger Strom. Bei Kesterit passiert das ebensowenig wie bei Silizium.
Lange Zeit ein Mauerblümchen
Kesterit führte lange Zeit ein Mauerblümchendasein. Auch ein europäisches Projekt zur Entwicklung solcher Zellen kam nicht voran und wurde nicht weiter verfolgt. Fortschritte scheiterten daran, dass das Material aus den fünf Grundsubstanzen nicht ohne Fehlstellen produziert werden konnte. Diese drückten den Wirkungsgrad, sodass eine Wirtschaftlichkeit nicht zu erreichen schien.
Heilende Wärme
Das Team um Xiaojing Hao, Professorin für Photovoltaik und erneuerbare Energietechnik, sowie Kaiwen Sunund Jialiang Huang, Dozenten für erneuerbare Energien, löste das Problem, indem es die Defekte durch eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre heilte. Sie bildeten sich praktisch von allein zurück, wenn die Temperatur richtig gewählt wurde. „Unser großes Ziel ist es, die Stromerzeugung billiger und umweltfreundlicher zu machen“, sagt Hao.
