In Oxford entwickelt, in Brandenburg hergestellt: Den leistungsfähigeren Perowskit-auf-Silizium-Solarzellen könnte die Zukunft gehören.
WERBUNGVersteckt am Stadtrand von Oxford sieht das Solarforschungs- und -entwicklungszentrum in der Oktobersonne wie jede andere triste Industrieanlage aus.
Doch für Liebhaber grüner Energie ist das Labor von Oxford PV so aufregend wie eine Schokoladenfabrik.
Dutzende von Solarzellen werden zu Tagesbeginn an die Wissenschaftler verteilt, die sich an die Arbeit machen und experimentieren: Sie optimieren ihre Zusammensetzung, testen sie in Klimakammern unter Stress und zoomen mit Mikroskopen in sie hinein, um die guten von den schlechten Zellen zu trennen.
Ihre geheime Zutat? Perowskit, eine Kristallstruktur, die den Wirkungsgrad von Solarzellen erhöht, wenn sie auf herkömmliche Siliziumzellen aufgetragen wird.
Oxford PV, das aus einem Forschungsprojekt der Universität Oxford hervorgegangen ist und eine Fabrik Brandenburg an der Havel in der Nähe von Berlin besitzt, ist führend in der Herstellung von Tandem-Solarzellen aus Perowskit auf Silizium.
Das Unternehmen befindet sich im Oxford Pioneer Park in guter Gesellschaft, wo sich Experten auch mit Elektromotoren und Kernfusion befassen.
Oxford PV profitiert jetzt davon, dass es bei Perowskit die Nase vorn hat, denn es verfügt über weitreichende geistige Eigentumsrechte und hat einen Vertrag mit einem US-Versorgungsunternehmen in der Tasche.
Perowskit auf Silizium: der nächste große solare Durchbruch?
Man muss niemanden davon überzeugen, dass die Zukunft der Solarenergie gehört. Solar- und Windenergie sind nicht nur besser für das Klima und die Energieversorgungssicherheit, sondern auch die billigste Möglichkeit, die Stromerzeugung in fast allen Ländern zu erhöhen.
Doch herkömmliche Silizium-Solarzellen stoßen an ihre Wirkungsgradgrenze: nur etwa 26 Prozent Sonnenlicht können in elektrische Energie umgewandelt werden.
"Wir befinden uns mitten in der letzten Welle des Solarsterbens, sei es in Europa aufgrund der chinesischen Konkurrenz oder in den USA aufgrund des Scheiterns einiger der neuen Dünnschicht-PV-Unternehmen", erklärt David Ward, CEO von Oxford PV, gegenüber Euronews Green.
In den letzten zehn Jahren gab es wenig, was die etablierte Position von Silizium in Frage gestellt hätte. Zehn Jahre gilt als die Mindestzeitraum, den eine neue Hard-Tech-Innovation braucht, um sich durchzusetzen.
Das 2010 gegründete Unternehmen Oxford PV stellt erst jetzt ein kommerzielles Interesse an Perowskit auf Silizium fest. Mit dieser Technologie erzielte Oxford PV 2020 einen Weltrekordwirkungsgrad von 29,5 Prozent für eine Zelle.
Seitdem gibt es das, was Ward als ein "Aufblühen" von Unternehmen im Bereich der Perowskit-Silizium-Tandems bezeichnet.
"Der Wendepunkt ist wirklich schnell erreicht, und das gilt für die gesamte PV-Industrie in allen Siliziumgenerationen", fügt Ward hinzu.
Was genau ist Perowskit und wie funktioniert es?
Perowskit ist ein organisches Mineral, das in den 1800er Jahren in Russland entdeckt und nach dem Mineralogen Lev Perovski benannt wurde. Chemisch gesehen handelt es sich um Calciumtitanat CaTiO3.
WERBUNGDas Perowskit von Oxford PV wird maschinell hergestellt (was es billig macht) und ist ein Halbleitermaterial, das sich gut für die Nutzung von Sonnenlicht eignet, erklärt der stellvertretende Chief Technology Officer Ed Crossland.
Bei einem herkömmlichen Solarmodul werden die Siliziumblöcke in sehr dünne Scheiben geschnitten und so ausgebreitet, dass sie eine möglichst große Fläche abdecken. Dann werden Metallkontakte hinzugefügt, die das Siliziummaterial aktivieren. Insgesamt werden etwa 60 Zellen zusammengesetzt, um das Panel zu bilden.
Bei den Tandemzellen wird Perowskit in einer noch dünneren Schicht aufgetragen (etwa 1 Mikrometer im Vergleich zu 150 Mikrometern auf einem Siliziumwafer), wodurch zwei Zellen in einer entstehen. Das Perowskit ist für das bloße Auge unsichtbar, absorbiert aber ein höheres Energiespektrum von der Sonne als Silizium aufnehmen kann.
Da es mehr Energie pro Panel erzeugt, ist Perowskit auf Silizium "die nächste technische Idee, die die Möglichkeiten von Silizium allein übertrifft", so Crossland. Während der theoretische Wirkungsgrad von Silizium bei 29 Prozent liegt, könnte die Tandemzelle 43 Prozent erreichen.
WERBUNGDie zusätzlichen Kosten für das Hinzufügen der Perowskit-Schicht werden durch den Wert dieser zusätzlichen Energie mehr als aufgewogen, erklärt Ward.
Wofür können Perowskit-Silizium-Panele verwendet werden?
Ein breites Spektrum von Kunden hat sein Interesse an Perowskit-Solarmodulen bekundet - von Hausbesitzern bis hin zu großen Energieversorgungsunternehmen.
Im September 2024 lieferte Oxford PV seine Panele an ein ungenanntes US-amerikanisches Energieversorgungsunternehmen. Es war weltweit der erste kommerzielle Einsatz von Perowskit-Tandem-Solartechnik.
Die Panele wurden in der Ecke eines neuen Solarparks installiert. Sie werden überwacht, damit das US-Unternehmen die Technologie vergleichen kann.
WERBUNGNeben der "Kernproduktion" für Solardächer und -parks kann das Werk von Oxford PV in Brandenburg auch Zellen für speziellere Anwendungen wie die Luftfahrt herstellen.
Solarzellen ermöglichen es Drohnen, die für 5G, militärische Überwachung und Satellitenkartierung eingesetzt werden, wie "ein großer fliegender Flügel" zu funktionieren, erklärt Ward.
Da die Tragflächen durch Gewicht und Größe begrenzt sind, ist die Leistung, die diese neuen Solarzellen liefern können, "absolut strategisch".
Perowskit-Silizium-Paneele könnten es Drohnen ermöglichen, länger in der Luft zu bleiben oder in nördlicheren Breitengraden zu fliegen, wo die Sonne schwächer ist.
WERBUNGDie Wissenschaftler im Labor in Oxfordshire erproben ständig neue Ideen und Materialien, bevor sie Prototypen nach Brandenburg schicken, um zu beweisen, dass sie in größerem Maßstab eingesetzt werden können. Doch nur ein Bruchteil schafft es so weit: "In einer kommerziellen Anlage kann man nicht täglich die Rezepte ändern", fügt Ward hinzu.
Die deutsche Fabrik ist jedoch noch keine Gigawatt-Anlage, und Oxford PV ist bestrebt, mit anderen Firmen zusammenzuarbeiten, um das volle Potenzial von Perowskit für unsere sich rasch elektrisierende Welt auszuschöpfen.
Wie Solartechnologieunternehmen zusammenarbeiten
Angesichts der Reichweite seiner frühen Patente ist die Zusammenarbeit ein zentraler Pfeiler der Pläne von Oxford PV.
"Es ist ziemlich schwierig, eine Perowskit-auf-Silizium-Solarzelle zu entwickeln, ohne dass man einen weiten Weg auf sich nehmen muss, um unser geistiges Eigentum zu vermeiden", sagt Ward.
WERBUNG"Wir versuchen nicht, alles für uns zu behalten, aber wir würden gerne mit einbezogen werden, wenn andere unser geistiges Eigentum nutzen, um auf den Markt zu kommen. Neben der Lizenzvergabe bietet das Unternehmen auch wertvolles Know-how, um Partner auf den Weg zu bringen.
Die meisten der neueren Start-ups konzentrieren sich auf China und, unterstützt durch eine strategische Förderung der Photovoltaik, auf die USA.
In Europa steigen bestehende Energie- oder Siliziumunternehmen zunehmend in Perowskit-Tandems ein, wie z. B. Enel in Italien.
"Ein Ökosystem zu haben, ist großartig", sagt Ward. "Die Entscheidung des gesamten Marktes, in diese Richtung zu gehen, ist viel einfacher, als zu sagen: Hey, wir sind die Einzigen in diesem Bereich, denn die Überzeugungsarbeit, die man beim Kundenstamm und bei den Investoren leisten muss, ist viel schwieriger".
WERBUNGDer CEO ist zuversichtlich, dass es noch eine Weile dauern wird, bis eine neue Innovation auftaucht, die Perowskit verdrängt. Und angesichts des COP28-Ziels, die Kapazität der erneuerbaren Energien bis 2030 zu verdreifachen, müssen die Unternehmen in Technologien investieren, die bereits heute existieren.
"Trotz all der negativen Nachrichten über die europäische Produktion und die europäische Photovoltaik haben wir eine neue Anlage, die neue Technologien auf eine Art und Weise einsetzt, die nicht mit der alten Silizium-Solartechnik vergleichbar ist. China hat sehr gute Arbeit geleistet, um die Solarenergie billig zu machen", sagt Ward. "Aber dies ist ein neues Paradigma."