Umweltfreundliche und kostengünstige Materialien für effiziente Solarzellen

„Die Photovoltaik nutzt das Sonnenlicht als quasi unerschöpfliche umweltfreundliche Energiequelle, sie hat ein großes Ausbaupotenzial und findet große Akzeptanz in der Bevölkerung“, sagt Alexander Colsmann. Der Ingenieur hält es für möglich, dass künftig ein großer Teil des weltweiten Strombedarfs durch Solarenergie gedeckt wird. Gemeinsam mit einem multidisziplinären Team aus den Fachbereichen Materialwissenschaften, Elektrotechnik, Physik und Chemie sucht er nach neuen Materialien für Solarzellen, die neue Anwendungsfelder erschließen lassen. Einen Forschungsschwerpunkt bilden auf Kohlenstoffverbindungen basierende organische Solarzellen. Sie lassen sich auf Folien herstellen, in verschiedenen Formen und Farben designen und als variable, ästhetisch ansprechende architektonische Gestaltungselemente in Fassaden integrieren. In halbdurchsichtiger Ausführung eignen sie sich unter anderem für Glasfassaden und Fenster, die den Innenraum abdunkeln, um ihn vor Hitze zu schützen, und zugleich das Licht in Strom umwandeln. Diese Kunststoffsolarzellen aus umweltfreundlichen Materialien sind leicht, mechanisch flexibel und robust.

„Organische Solarzellen eignen sich – anders als das schwere und zerbrechliche Silizium – auch für mobile Anwendungen. Sie lassen sich im Campingmobil oder Rucksack mitnehmen und in abgelegenen Regionen mit wenig ausgebauter Elektroinfrastruktur einsetzen“, erläutert Colsmann. „Das Entscheidende aber ist die Umweltfreundlichkeit der organischen Solarzellen“, betont der Ingenieur. Eine Silizium-Solarzelle muss in Deutschland fast zwei Jahre arbeiten, bis sich die für ihre Herstellung aufgewandte Energie amortisiert, eine organische Solarzelle weit weniger als einen Monat.

Eine weitere Materialklasse, an der Colsmann mit seinem Team forscht, sind die Perowskite, Organik-Metallhalogenid-Verbindungen mit spezieller Kristallstruktur. „Ihr Wirkungsgrad ist höher als der von organischen Solarzellen, aber sie sind wegen ihrer wasserlöslichen Bleiverbindungen giftig“, so Colsmann. Um die Mechanismen zu verstehen, durch die Perowskite einen hohen Anteil des absorbierten Lichts in elektrische Energie umwandeln, untersucht der Wissenschaftler deren Nanostrukturen. Die so gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse sollen dabei helfen, andere ungiftige Verbindungen mit ähnlich guten photovoltaischen Eigenschaften zu finden.

Das KIT-Zentrum Energie ist eines der größten Energie-Kompetenznetzwerke in Europa, das von der Energiegewinnung bis hin zum System gesamtheitlich alle wichtigen Fragestellungen rund um die Energiewende adressiert. „Wichtige Elemente für eine Versorgung mit erneuerbaren Energien sind die Energiespeicherung und der Transport“, sagt Colsmann. (afr)

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Alexander Colsmann her.

Fotonachweis
Foto Solarmodul: LTI, KIT
Porträt Prof. Alexander Colsmann, LTI: Irina Westermann, KIT