Solarstrom kommt bis heute fast immer aus dicken Siliziumplatten, die zum größten Teil in Asien gefertigt werden. Das EU-Projekt DIAMOND arbeitet an einer Alternative: an Zellen aus einer hauchdünnen Schicht Perowskit-Kristalle, die mehr Licht in Strom verwandeln und einen kleineren CO2-Fußabdruck hinterlassen. Ein Material, von dem kaum jemand gehört hat, entscheidet also mit, woher Europa künftig seinen Strom bezieht – und ob dich die Arbeit an genau solchen Materialien selbst reizen würde.
Der Originaltitel des Beitrags klingt zunächst nach Spielerei: Wie kann sich ein Drucker selbst mit Strom versorgen? Dahinter steckt eine ernst gemeinte Idee. Wenn eine Solarzelle nicht mehr aus einer schweren Platte besteht, sondern aus einer Schicht, die kaum dicker ist als eine Beschichtung, dann lässt sie sich dort anbringen, wo bisher niemand an Photovoltaik gedacht hat. Genau an dieser Vorstellung arbeitet das von der EU finanzierte Projekt DIAMOND, das die Entwicklung von Perowskit-Solarzellen beschleunigen soll.
Perowskit ist keine Marke und kein fertiges Produkt, sondern der Name einer Kristallstruktur. Entscheidend ist, wie stark diese Kristalle Licht aufnehmen: so stark, dass eine sehr dünne Schicht genügt, um einen großen Teil des einfallenden Lichts einzufangen. Klassische Siliziumzellen brauchen dafür erheblich mehr Material. Weniger Material bedeutet weniger Energie für die Herstellung, weniger Gewicht beim Transport und am Ende weniger Aufwand pro erzeugter Kilowattstunde. Das meint der Untertitel des Beitrags, wenn er von einer neuen Generation von Dünnschicht-Solarzellen mit kleinerem CO2-Fußabdruck spricht.
Im Text steht ein Satz, den man ohne Erklärung leicht überliest: Die heutige Siliziumtechnologie hat ihre theoretische Grenze erreicht. Gemeint ist der Wirkungsgrad, also der Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie, den eine Zelle tatsächlich in elektrischen Strom umsetzt. Dieser Anteil kann nie vollständig werden. Ein Teil des Lichts ist zu energiearm, um im Material überhaupt etwas auszulösen; ein anderer Teil bringt zu viel Energie mit und gibt den Überschuss als Wärme ab. Aus beiden Verlusten lässt sich für jedes Material eine Obergrenze berechnen. Silizium liegt dieser Grenze inzwischen so nahe, dass jeder weitere Zehntelpunkt enormen Aufwand kostet. Wer deutlich darüber hinauswill, muss das Material wechseln.
Genau dort setzt das Ergebnis an, das DIAMOND vorweisen kann. Projektkoordinator Uli Würfel beschreibt es so: „Wir waren sehr erfreut, einen Solarzellenwirkungsgrad von knapp über 27 % verzeichnen zu können und damit den damaligen Weltrekord für kristalline Silizium-Solarzellen zu brechen". Ein Laborrekord ist noch kein Produkt, aber er ist ein Beleg: Der Weg über die dünne Kristallschicht führt nicht in eine Sackgasse, sondern über eine Marke hinaus, an der sich die etablierte Technologie jahrelang abgearbeitet hat.
Ein Spitzenwert auf einer kleinen Laborfläche und ein Modul, das jahrzehntelang auf einem Dach liegt, sind zwei sehr verschiedene Aufgaben. Der Beitrag nennt die Eigenschaften, die eine Perowskit-Zelle gleichzeitig mitbringen soll:
Erst wenn diese Punkte zusammen erfüllt sind, wird aus einem Laborergebnis eine Technologie. Jeder einzelne davon ist für sich genommen eine eigene Forschungsaufgabe.
Dass nahezu die gesamte Produktion der heutigen Module in Asien stattfindet, ist im Beitrag kein Nebensatz, sondern ein Argument. Würfel sagt dazu: „Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Perowskit-Photovoltaiktechnologie, die, wenn sie in die Industrie übernommen wird, neue Arbeitsplätze schaffen sowie die Abhängigkeit von Importen von Photovoltaikmodulen und letztlich auch von Energie selbst verringern wird." Wer die Module baut, entscheidet mit darüber, wo das Wissen, die Anlagen und die Arbeitsplätze entstehen. Eine Technologie, die in Europa gefertigt werden kann, verschiebt diese Frage vom Einkauf zurück in die Werkshalle und in die Labore.
Die Geschichte hinter der Frage nach dem selbstversorgenden Drucker ist keine Geschichte über ein Gerät, sondern über ein Material. Eine dünne Schicht Kristalle hat im Labor einen Wirkungsgrad erreicht, den die etablierte Siliziumtechnik nach Jahrzehnten der Optimierung nicht mehr überbieten konnte, und sie soll sich stabil, günstig und in Europa herstellen lassen. Ob daraus Module auf Dächern werden, hängt an Menschen, die Festkörperphysik, Materialchemie und Verfahrenstechnik zusammenbringen. Wer im Studium gern nachrechnet, warum sich ein Material so verhält, wie es sich verhält, und wer Geduld für lange Versuchsreihen mitbringt, arbeitet genau an dieser Schnittstelle.
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