Die neuen Solarzellen haben maßgeschneiderte Materialeigenschaften.

Bild: Markus Breig, KIT

Solarzellenkonzept Neues Materialkonzept für Solarzellen

25.11.2019

Im Projekt „Neuartige flüssig-applizierte keramische Solarzellen“ (KeraSolar) soll ein grundlegend neues Solarzellenkonzept entwickelt werden. Dabei wird die Forschung zu Photovoltaik mit keramischen Funktionsmaterialien verbunden, um so die Vorteile verschiedener Solarzellentechnologien zu bündeln: Die Druckbarkeit organischer und die Langzeitstabilität kristalliner Solarzellen sowie die Ferroelektrizität des Bleihalogenid-Perowskits.

Einer der wichtigsten Grundpfeiler der künftigen CO2-neutralen Energieversorgung ist die Sonnenenergie. Solarzellen können diese einsammeln und in nutzbare elektrische Energie umwandeln. In den nächsten sechs Jahren beschäftigen sich Forscherinnen und Forscher des KIT in dem von der Carl-Zeiss-Stiftung mit 4,5 Millionen Euro geförderten Projekt „Neuartige flüssig-applizierte keramische Solarzellen“ (KeraSolar) mit einem völlig neuen Materialkonzept für Solarzellen.

Maßgeschneiderte Materialeigenschaften

Die neuen Funktionsmaterialien werden aus Keramikwerkstoffen hergestellt, die eine außerordentlich gute Robustheit und Langzeitbeständigkeit versprechen. Moderne Solarzellen müssen aber weit mehr Eigenschaften besitzen: Sie müssen beliebig formbar und integrierbar sein, um so quasi jede Fläche in Sonnenkraftwerke zu verwandeln. Ihre Produktion muss so wenig Energie wie möglich verbrauchen, die Herstellungsprozesse sollten ohne giftige Substanzen auskommen und die notwendigen Rohstoffe ausreichend verfügbar sein. Genau hier kommen die Vorteile keramischer Funktionsmaterialien zum Tragen: Sie bieten nahezu unendliche Möglichkeiten, Elemente und Verbindungen miteinander zu kombinieren und so maßgeschneiderte Materialeigenschaften zu erzielen. Damit eröffnet sich dem Projektteam ein großes neues Forschungsfeld.

Aufstellung des Projektteams

Das Projekt ist am Materialwissenschaftlichen Zentrum für Energiesysteme (MZE) des KIT angesiedelt, dessen Programmatik sich an den großen Forschungsthemen rund um die Energiewandlung und -speicherung orientiert.

Etwa die Hälfte der 16 am MZE angesiedelten Arbeitsgruppen aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen werden an dem Projekt mitwirken und ihre Expertise aus der Elektrotechnik, den Materialwissenschaften, der Physik und der Chemie einbringen. Sie verbinden experimentelle Herangehensweisen mit theoretischen Überlegungen. „Dank der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus vollkommen unterschiedlichen Disziplinen und Hintergründen ist es uns möglich, ein derart herausforderndes Forschungsprojekt auf die Beine zu stellen“, so Dr. Alexander Colsmann. Gemeinsam mit Michael J. Hoffmann koordiniert er das neue Vorhaben. Eine neue, speziell für das Projektteam von „KeraSolar“ eingerichtete experimentelle Plattform soll dabei helfen, die Solarzellenforschung des KIT langfristig zu prägen.

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