Solartechnologien sind von zentraler Bedeutung, wenn es um nachhaltige Energien geht, leider sind sie aber nicht so umweltfreundlich, wie es auf den ersten Blick scheint. So werden beispielsweise Solarzellen aus Perowskit (PSCs) – ultradünne und flexible Solarmodule – oft als Revolution für preiswerte und effiziente Solarenergie gehandelt, sind jedoch nicht ohne Schattenseiten. Vor allem bei der kommerziellen Bauweise von PSCs wird oft Blei verwendet, das unter bestimmten Wetterbedingungen in die Umgebung entweichen kann.
Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler*innen des Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) mit verschiedenen Materialien experimentiert, um die Solarzellen zu schützen und einen Austritt von Blei zu verhindern. Andere Forschende erproben die Herstellung bleifreier Alternativen, diese jedoch sind möglicherweise von begrenzter Effizienz, wenn es um die tatsächliche Stromerzeugung geht. In einer Pressemitteilung erklärte Professor Yabing Qi, Leiter der Abteilung Energy Materials and Surface Sciences, der die Studie geleitet hat:
„Obwohl PSCs in der Lage sind, Sonnenlicht effizient und kostengünstig in Strom umzuwandeln, ist die Tatsache, dass sie Blei enthalten, für die Umwelt von erheblicher Bedeutung. Die so genannte „bleifreie“ Technologie ist zwar erforschungswürdig, hat aber noch keine Effizienz und Stabilität erreicht, die mit bleihaltigen Ansätzen vergleichbar ist. Die Suche nach Möglichkeiten, Blei in PSCs zu verwenden und gleichzeitig zu verhindern, dass es in die Umwelt gelangt, ist daher ein entscheidender Schritt für die kommerzielle Verwertung.“
Ein Mantel aus Harz, der sich selbst repariert
Um geeignete Materialien zu erforschen, bildete das OIST-Team im Labor Witterungs- und Umweltbedingungen nach – oft mit relativ einfachen Simulationen. Um zum Beispiel die Wirkung von extremem Hagel auf Solarzellen zu testen, beschoss das Team die Zellen mit schweren Kugeln. Die Forscher simulierten also häufig die extremsten Bedingungen, durch die wiederum den höchsten Bleigehalt freisetzen würden. Im Anschluss daran wurden die Zellen in saures Wasser getaucht – wie bei natürlichen Regenfällen, die das Blei aus den Zellen in die Umwelt spülen würden.
Nach diesem Schritt analysierten die Wissenschaftler*innen mittels Massenspektroskopie, wie viel Blei entwichen war. Dann wurden die verschiedenen Test-Materialien miteinander verglichen, um zu sehen, welche nach dieser „Tortur“ am besten abgeschnitten haben.
Das Team von Qi fand heraus, dass Epoxid, ein Kunstharz, sich als effektive Schutzschicht eignet, wenn es darum geht, die Freisetzung von Blei in die Umwelt zu reduzieren. Epoxidharz hat auch den zusätzlichen Vorteil, dass es sich selbstständig regenerieren kann. Unter Sonneneinstrahlung kehrt das Harz nämlich in seine ursprüngliche Form zurück und repariert alle Schäden, die durch ein Trauma entstanden sind.
Obwohl es auch hier noch immer zu Leckagen kam, reduzierte die Verkapselung der Zellen mit Epoxidharz diese um einen erheblichen Größenfaktor und machte sie damit zum idealen Material für den Schutz von Perowskitsolarzellen. Qi erklärte weiter:
„Epoxidharz ist definitiv ein starker Kandidat, aber andere selbstheilende Polymere könnten sogar noch vorteilhafter sein. In der gegenwärtigen Entwicklungsphase freuen wir uns, die Standards der Photovoltaikindustrie zu fördern und die Sicherheit dieser Technologie in die Diskussion einzubeziehen. Als nächstes können wir auf diesen Daten aufbauen, um zu bestätigen, welches wirklich das geeignetste Polymer ist.“
Der nächste Schritt wäre nun die Skalierung von PSCs zu größeren Solarmodulen. Derzeit sind PSCs oft auf dünne, nur wenige Zentimeter große Streifen beschränkt. Damit sie für Energiekonsumenten voll nutzbar und attraktiv wären, müssten sie zu Platten von mehreren Metern Größe heranwachsen.
Auch andere Forschende arbeiten bereits daran, Witterungseinflüsse bei Solarmodulen mitzudenken. Bei RESET haben wir u.a. von Solarmodulen berichtet, die aus Niederschlägen Strom erzeugen können – und andere nutzen einen ähnlichen Prozess, um auch dann Strom produzieren zu können, wenn sie von Schnee bedeckt sind.
Dieser Artikel von Mark Newton wurde zuerst auf unserer englischsprachigen Seite veröffentlicht. Die Übersetzung ins Deutsche stammt von Lydia Skrabania.
