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Solarforschung für die EnergiewendeKongeniale Verbindung: Solarzelle trifft Keramik

Verschiedene Solarmodule auf einem Dach
Im Projekt KeraSolar des Materialwissenschaftlichen Zentrums für Energiesysteme des KIT sollen neue Materialkonzepte für Solarzellen erforscht werden. (Foto: Markus Breig, KIT)

Solarenergie gestaltet die Energiewende entscheidend mit. Die Technologie boomt und ist mittlerweile kostengünstig. Da geht noch mehr, sagen Forscher des KIT und wollen keramische Funktionsmaterialien mit verschiedenen Solarzellenkonzepten verbinden.

19.11.2019 – Im Zuge der dezentralen Energiewende ist die Solarenergie einer der wichtigsten Bausteine auf dem Weg zu einer CO2-neutralen Energieversorgung. Solarenergie ist mittlerweile auch so kostengünstig, dass sie ohne Subventionen auskommt und weltweit boomt. Kein Grund, nicht weiterzuforschen, um die Technologie noch weiter zu perfektionieren.

Während die Effizienz und Wirkungsgrade der Solarzellen stetig gesteigert werden und mit neuen Materialen experimentiert wird, wollen Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im Projekt Neuartige flüssig-applizierte keramische Solarzellen, kurz KeraSolar, ein grundlegend neues Solarzellenkonzept entwickeln. Dabei wird die Photovoltaik-Forschung mit keramischen Funktionsmaterialien verbunden, um so die Vorteile verschiedener Solarzellentechnologien zu bündeln: Die Druckbarkeit organischer sowie die Langzeitstabilität kristalliner Solarzellen kombiniert mit der Ferroelektrizität des Bleihalogenid-Perowskits.  Perowskit ist ein Salzkristall und könnte den Wirkungsgrad von Solarzellen erheblich steigern. Ein multidisziplinäres Forscherteam des KIT hatte bereits Belege für sog. ferroelektrische Mikrostrukturen gefunden und konnte damit die Eigenschaften moderner Perowskit-Solarzellen nachweisen.

Große Synergieeffekte erwartet

Für das nun geplante und bisher einzigartige Materialkonzept werden keramische Funktionsmaterialien mit verschiedenen Solarzellenkonzepten verbunden – und davon große Synergieeffekte erwartet.Das neue 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. Die neuen Funktionsmaterialien, die für die Gestaltung einer neuen Solarzellengeneration vorgesehen sind, werden aus Keramikwerkstoffen hergestellt, die eine extrem gute Robustheit und Langzeitbeständigkeit versprechen, erläutern die KIT-Forscher.

Moderne Solarzellen müssten jedoch weit mehr Eigenschaften besitzen: Sie sollten beliebig formbar und integrierbar sein, um so quasi jede Fläche in ein Sonnenkraftwerk zu verwandeln. Ihre Produktion dürfe so wenig Energie wie möglich verbrauchen, die Herstellungsprozesse sollten ohne giftige Substanzen auskommen und die notwendigen Rohstoffe ausreichend verfügbar sein. Und genau hier kämen die Vorteile keramischer Funktionsmaterialien zum Tragen, erläutern die Wissenschaftler: Denn diese bieten „nahezu unendliche Möglichkeiten, Elemente und Verbindungen miteinander zu kombinieren und so maßgeschneiderte Materialeigenschaften zu erzielen.“ Dem Projektteam eröffne sich damit ein großes, neues Forschungsfeld.

Sechs Jahre hat das KIT-Forscherteam jetzt Zeit, um dieses Forschungsfeld zu nutzen, um Solar und Keramik kongenial zu kombinieren. Geld dafür gibt es von der Carl-Zeiss-Stiftung, die das Projekt mit 4,5 Millionen Euro fördert – was die Wissenschaftler natürlich sehr freut und ihnen den Rücken für die Forschung freihält. Teams aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen – Elektrotechnik, Materialwissenschaften, Physik und Chemie – werden an dem Projekt mitwirken. Das alles zusammen mache es möglich, „ein solch herausforderndes Forschungsprojekt auf die Beine zu stellen“, sagen die Projektleiter. Eine neue, speziell für das Projektteam von KeraSolar eingerichtete experimentelle Plattform solle in Zukunft dabei helfen, die Solarzellenforschung des KIT langfristig und nachhaltig zu prägen. na


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Kommentare

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Denkender Bürger 19.11.2019, 07:34:07

Man kann eine Sache immer verbessern, as ist völlig klar.

Und das Potntial der Solar- und PV-Technik ist bei weitem noch nicht ausgereizt.

Trotzdem muß ich auf eine ökologische Grenze der Solar- und PV-Technik hinweisen:

Mit jeder Solar- und PV-Anlage wir dem Erdkörper ein Teil der auftreffenden Sonnenenergie entzogen - weil dieser ja anderweitig verwendet wird.

Irgendwann ist dieser Entzug dann einmal so groß, daß dies Einfluß auf das Klima und damit auf das gesamte Ökosystem haben wird.

Wo dabei diese Grenze liegt, ist bisher nie evaluiert worden.

Dies herauszufinden wäre aber wichtig - nicht das man der Erdoberfläche mit zu vielen Solar- und PV-Anlagen zu viel Sonnenenerie entzieht, damit das Klima nachhaltig beeinflußt und am Ende mit der Solar- und PV-Technik das Gegenteil von dem erreicht hat, was man erreichen wollte.

Hier ist die Wissenschaft gefragt, sich damit ausführlich auseinander zu setzen - und zwar möglichst schnell.

Nicht daß die Nutzung der Sonnen-Energie am Ende zu einer ökologische Verschlimmbesserung führt.

sonnenseite.com 19.11.2019, 19:06:37

Die Zukunft wird sch...... Es steht zur Wahl:

1. Ganz schlimm, weil es mit den fossile Energien gerade so weiter geht

2. Ein klein weniger schlimm, durch erneuerbare Energien

 

Was ist Ihre Wahl "denkender Bürger"?

Denkender Bürger 19.11.2019, 19:28:43

+11 Gut

Das Optimum.

Und das findet man nicht mit unbedachten Schnellschüssen, sondern nur mit durchdachten Überlegungen, die möglichst viele und im Idealfall Faktoren berücksichtigen.

Denkender Bürger 19.11.2019, 19:29:22

+13 Gut

Das Optimum.

Und das findet man nicht mit unbedachten Schnellschüssen, sondern nur mit durchdachten Überlegungen, die möglichst viele und im Idealfall alle Faktoren berücksichtigen.

Georg 21.11.2019, 17:12:46

+12 Gut

Denkender Bürger, hier sind so ziemlich die meisten Aspekte und Fakten zur Photovoltaik erläutert.

Auf Seite 51 wird auf das Thema Reflexion und Absorbtion eingegangen: https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-in-deutschland.pdf

Wissi 20.11.2019, 18:09:36

Lieber Denkender Bürger, die "entzogene" Sonnenenrgie wird als Elektrizität verbraucht wobei die entsprechende Wärme am Ende wieder frei wird (Physik für Anfänger). Die Sonnenwärme bleibt also auf der Erde. Ob sie zwischenzeitlich als Strom genutzt wird ist für die Bilanz unwichtig.

Denkender Bürger 27.11.2019, 00:25:29

+8 Gut

Dem ist eben nicht so:

Ist Licht-Energie Wärme?

Ist mechanische Energie Wärme?

Wäre mir neu. Aber ich lasse mich da gern eines Besseren belehren.

Denkender Bürger 27.11.2019, 00:28:06

+7 Gut

Dem ist eben nicht so:

Ist Licht-Energie Wärme?

Ist mechanische (für Erbsenzähler: kinetische) Energie Wärme?

Wäre mir neu. Aber ich lasse mich da gern eines Besseren belehren.


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