Perowskit-Solarzellen auf Glas: Ein weiterer Grund, warum fossile Brennstoffe beliebt sind

Neue kostengünstige, hocheffiziente Perowskit-Solarzellen kommen gerade rechtzeitig auf den Markt, um von den Steuergutschriften des Inflation Reduction Act zu profitieren.

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Perowskit-Solarzellen begeistern Photovoltaik-Innovatoren seit den frühen Jahren des 21. Jahrhunderts. Das Perowskit-Versprechen von mehr Leistung zu geringeren Kosten wird dazu beitragen, fossile Brennstoffe von der Bildfläche zu verdrängen, aber das heikle Material zum Verhalten zu bringen, war eine Herausforderung der nächsten Stufe. Dennoch beginnen sich Lösungen abzuzeichnen, und eine davon beinhaltet ein jahrhundertealtes und bewährtes Material – Glas.

Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Thema noch nicht vertraut sind: Perowskit (CaTiO3) ist ein natürlich vorkommendes Calciumtitanoxid-Mineral, das erstmals im 19. Jahrhundert identifiziert wurde. Es blieb im 20. Jahrhundert, bis Forscher lernten, seine Struktur im Labor zu reproduzieren und so synthetische Perovksit-Solarzellen zu relativ geringen Kosten herzustellen (mehr CleanTechnica-Berichterstattung finden Sie hier).

Wenn Perowskit-Solarmaterialien in einer Lösung entsorgt werden, eignen sie sich für kostengünstige Herstellungsverfahren. Sie können als dünner Film auf verschiedene, auch flexible, Oberflächen aufgestrichen, gedruckt, aufgesprüht oder aufgespritzt werden.

„Der im Labor gezüchtete Faktor ist nicht nur relativ kostengünstig, sondern kann auch dazu beitragen, Probleme in der Silizium-Lieferkette zu umgehen“, haben wir Anfang des Jahres festgestellt. „Perowskit-Solarzellen eignen sich für kostengünstige Herstellungsprozesse mit schnellem Durchsatz und großen Stückzahlen. Außerdem sind sie dünn, flexibel und leicht, was bedeutet, dass sie in weitaus mehr Anwendungen eingesetzt werden können, als dies mit der Siliziumtechnologie möglich ist.“

„Perowskit-Materialien bieten eine hervorragende Lichtabsorption, Ladungsträgermobilität und Lebensdauer, was zu hohen Gerätewirkungsgraden mit Möglichkeiten zur Realisierung einer kostengünstigen, industriell skalierbaren Technologie führt“, erklärt das National Renewable Energy Laboratory, Teil des weitläufigen Netzwerks des Energieministeriums von Forschungseinrichtungen.

Das hört sich großartig an, außer dass sich synthetische Perowskite im Freien zersetzen. Allerdings liebt die Wissenschaft Herausforderungen und schon bald ergaben sich verschiedene Problemumgehungen.

Eine typische Lösung besteht darin, Perowskite mit Blei zu dotieren, was zu einer weiteren Herausforderung führt, nämlich wie Blei aus der Umwelt ferngehalten werden kann, falls es bei der Verarbeitung am Ende der Lebensdauer zu Schäden oder Pannen kommt. Zu den Lösungen gehören bleiabsorbierende und selbstheilende Beschichtungen. Auch Additive, die verhindern, dass sich die Solarzelle in Wasser auflöst, sind in der Entwicklung.

Eines Tages könnte eine reine Perowskit-Solarzelle in Arbeit sein. In der Zwischenzeit entstehen kurzfristige Lösungen, bei denen Perowskite mit Silizium-Solarzellen kombiniert werden, um die Effizienz zu steigern.

Wie vom Perowskit-Startup Caelux beschrieben, besteht das Industrieziel für kommerziell erhältliche Perowskit-Tandemsolarzellen in einem Wirkungsgrad der Solarumwandlung von mindestens 30 %. Caelux scheint zuversichtlich, dass es mit seiner Formel für perowskitbeschichtetes Glas dieses Ziel in greifbarer Nähe erreichen kann.

„Die proprietären Technologien von Caelux verbessern die Leistung jedes neuen kristallinen Siliziummoduls und machen Solarenergie leistungsfähiger und kostengünstiger“, erklärt das Unternehmen. „Sein Flaggschiffprodukt, Caelux™ One, ist ein innovatives Produkt, das sich nahtlos in bestehende Fertigungsprozesse für PV-Module integrieren lässt.“

Wenn Ihnen die Sache mit den neuen Siliziummodulen aufgefallen ist, ist das wichtig. Die Leistung der von Caelux verbesserten Tandem-Solarzelle kann die neuesten Verbesserungen der Solarumwandlungseffizienz der Siliziumtechnologie nutzen, um die Gesamtleistung des Solarmoduls zu steigern.

Eine gute Frage ist, ob eine Schicht aus Perowskitmaterial auf Glas die Umwandlungseffizienz der Siliziumschicht beeinträchtigt. Das stimmt, aber der zusätzliche Saft aus der Perowskitschicht macht den Unterschied aus und noch mehr.

Im vergangenen Jahr verwendete das Beratungsunternehmen ReThink Energy das Beispiel einer Siliziumzelle mit einem Wirkungsgrad von 22 %. Bei perowskitbeschichtetem Glas sinkt die Umwandlungseffizienz auf 10 %, die Gesamtsumme beträgt jedoch 27,5 %. Der Unterschied von 5,5 % wird einen erheblichen Einfluss auf die Leistung einer Solaranlage über ihre Lebensdauer haben.

Offenbar hat das kluge Geld zugehört. Im vergangenen September schickte das indische Unternehmen Reliance Industries seine Tochtergesellschaft Reliance New Energy auf die Mission, 20 % von Caelux für eine Investition von 12 Millionen US-Dollar zu erwerben.

Anfang dieser Woche meldete sich Reliance zu Wort, um bei einer weiteren Serie-A-Runde mitzuhelfen. Unter der Leitung der in Singapur ansässigen globalen Investmentfirma Temasek belief sich die neue Finanzierungsrunde auf insgesamt weitere 12 Millionen US-Dollar. Zu den weiteren Teilnehmern gehörten die bekannten Namen Khosla Ventures, Mitsui Fudosan und Fine Structure Ventures.

Die Mitsui-Verbindung ist interessant, da die Muttergesellschaft das zweitgrößte Immobilienunternehmen in Japan ist. Sie haben auch eine Niederlassung in den USA, was zu den Plänen von Caelux passen könnte, in den Markt für Dachsolaranlagen einzusteigen.

Fine Structures konzentriert sich auf disruptive Innovationen im Frühstadium. Das Unternehmen verfügt über mehr als 300 Patente in seinem Portfolio, darunter das Startup Boston Metal für die Elektrifizierung der Stahlerzeugung. Ein weiteres interessantes Startup im Fine-Portfolio ist VEIR, das sich auf neue Übertragungstechnologien für erneuerbare Energien mit Hochtemperatur-Supraleitern konzentriert.

Die Finanzierung der Serie A fließt in den Bau einer neuen Caelux-Produktionsanlage in Baldwin Park, Kalifornien. Wenn alles nach Plan verläuft, wird die neue Anlage als Machbarkeitsdemonstrator dienen und zu weiteren Standorten in den USA sowie in Asien und Lateinamerika führen.

Caelux ist aus der Forschung am CalTech, dem California Institute of Technology, hervorgegangen, daher ist es keine Überraschung, dass seine Caelux One-Formel in einer aktuellen Analyse von Weltraumanwendungen für Perowskit-Solarzellen mit Schwerpunkt auf Weltraummissionen bis in den Weltraum vorkommt Neptun.

Die Forscher untersuchten die Leistung von Perowskit-Solarzellen unter den im Weltraum erwarteten Bedingungen geringer Intensität und niedriger Temperatur.

„PSCs [Perowskit-Solarzellen] zeigen unter den meisten LILT-Bedingungen [niedriger Intensität und niedriger Temperatur] vielversprechende Leistungsmerkmale, selbst nachdem sie niederenergetischen Protonen ausgesetzt wurden“, schlussfolgerten sie, warnten jedoch davor, dass die Idee noch in Arbeit sei.

„Allerdings nimmt die gemessene Zelleffizienz tendenziell bei extrem niedrigeren Temperaturen ab, was darauf hindeutet, dass weitere Forschungen zu Zellarchitekturen und -materialien PSCs für Anwendungen im Weltraum verbessern könnten“, erklärten sie.

Unterdessen verbrachten hier auf der Erde Interessenvertreter im Bereich der fossilen Energie die ersten etwa 20 Jahre des 21. Jahrhunderts damit, sich mit den relativ hohen Kosten für Silizium-Solarzellen auszuruhen. Diese Kosten sind gesunken, und eine neue Verbesserung der Silizium-Solarzellentechnologie der nächsten Generation wird den fossilen Vorteil endgültig zunichte machen.

Republikanische Amtsinhaber auf Landesebene schimpfen, toben, erlassen Gesetze und drohen rechtliche Schritte gegen ESG-Investitionen (Umwelt, Soziales, Governance), aber das ist ein Zeichen der Verzweiflung, nicht der Stärke.

Der Geruch der Verzweiflung hat seit der Verabschiedung des Inflation Reduction Act, der letztes Jahr in Kraft trat, ohne jegliche Unterstützung der Republikaner im Kongress ein übles Stadium erreicht. Das Energieministerium bezeichnet die IRA als „die größte Einzelinvestition in Klima und Energie in der amerikanischen Geschichte“ und meint damit sowohl private als auch öffentliche Gelder.

Nach nur 12 Monaten wird der IRA zugeschrieben, insgesamt mehr als 10 Milliarden US-Dollar an neuen Investitionen in die Solarproduktion angezogen zu haben, von insgesamt mehr als 110 Milliarden US-Dollar für neue Projekte zur Herstellung sauberer Energie.

Tandem oder nicht, neue Perowskit-Solarzellen werden mit ziemlicher Sicherheit vor Ablauf der IRA-Steuergutschriften auf den Markt kommen. Dadurch wird der Mix um die Schlagkraft niedriger Kosten und eine höhere Effizienz der Solarumwandlung erweitert. Was nun, ihr ESG-Hasser?

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Bild (Screenshot): Effizienzsteigerungen von Solarzellen mit Perowskiten, mit freundlicher Genehmigung von Caelux.

Tina ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, fortschrittliche Technologie, neue Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserfragen. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @TinaMCasey und Spoutible.

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