Ich habe gerade einen Artikel über ein neues Material gelesen, das in Solarzellen verwendet wird. Die Forscher haben zwei verschiedene Materialien (ein Perowskit und einen Quantenpunkt) kombiniert, um ein einziges Material für ihre Solarzelle herzustellen. Das neue Material ist wirklich gut darin, Licht zu absorbieren und es in Strom umzuwandeln. Ich denke, das könnte wirklich gut für die Umwelt sein!
Früher waren die Materialien, die für die Herstellung von Solarzellen verwendet wurden, sehr teuer, so dass nur große Unternehmen sie sich leisten konnten. Außerdem war es schwierig, sie in großen Mengen herzustellen, was bedeutete, dass die Produktion sehr lange dauerte. Das heißt, nur reiche Leute konnten sie sich leisten, und sie waren so teuer, dass sie sich nicht so schnell amortisieren würden. Aber jetzt, da diese neuen Materialien es ermöglichen, billigere Solarzellen herzustellen, die einfacher zu produzieren sind, wird jeder Zugang zu ihnen haben!
Solarzellen: Eine lange Geschichte
Die Nutzung der Sonnenenergie gibt es schon lange, aber die Technologie, um sie effektiv zu nutzen, ist neu. Die ersten Solarzellen wurden 1883 entwickelt, aber sie waren so ineffizient, dass es Jahrzehnte dauerte, bis sie praktisch nutzbar waren. Heute ist die Solarenergie dank neuer Materialien, die kostengünstige und einfach herzustellende Solarzellen ermöglichen, eine viel brauchbarere Option.
Eine Solarzelle besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Emitter, einem Absorber und einem Substrat. Der Emitter wandelt Licht in Elektrizität um, der Absorber wandelt das absorbierte Sonnenlicht in Elektrizität um, und das Substrat ist das Material, das alles andere enthält.
Solarzellen werden in der Regel aus Silizium hergestellt, können aber auch aus anderen Materialien wie Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS), Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Selenid (CIS) bestehen. Diese Materialien sind preiswerter als Silizium und eignen sich daher ideal für die Herstellung preiswerterer und einfacher zu produzierender Solarzellen.
Diese neuen Materialien sind nicht nur billiger und einfacher herzustellen, sondern ermöglichen auch eine effizientere Energieumwandlung, da sie mehr Licht absorbieren als herkömmliche Silizium-Solarzellen. So absorbiert CIGS beispielsweise fast 100 % des Lichts bei Wellenlängen
Spannende Neuerungen der letzten Zeit
In den letzten Jahren hat die Solarzellentechnologie einige spannende Entwicklungen durchlaufen. Neue Materialien wie Perowskite haben es den Forschern ermöglicht, Solarzellen zu entwickeln, die billiger und einfacher herzustellen sind als Zellen aus herkömmlichem Silizium.
Diese neuen Solarzellen haben mehrere Vorteile gegenüber den herkömmlichen Zellen: Sie sind einfacher herzustellen, erfordern keine teuren Einsatzstoffe oder Verfahren und können als flexible Folien hergestellt werden. Dank dieser Vorteile sind diese Zellen billiger und in größerem Umfang verfügbar. Die niedrigeren Herstellungskosten machen sie auch für Entwicklungsländer zugänglich, in denen der Zugang zu Elektrizität im Allgemeinen schwieriger zu erreichen ist.
In einer in Science Advances veröffentlichten Studie haben Forscher beispielsweise gezeigt, dass Solarzellen auf Perowskit-Basis mit einem herkömmlichen Tintenstrahldrucker hergestellt und auf Glas aufgetragen werden können. Diese Methode muss zwar noch weiterentwickelt werden, bevor sie in industriellem Maßstab eingesetzt werden kann, doch stellt sie einen großen Fortschritt für die kommerzielle Nutzbarkeit der Solarzellentechnologie auf Perowskitbasis dar.
Preis der Herstellung sinkt
Der Preis für die Herstellung von Solarzellen ist in den letzten Jahren dank neuer Materialien stetig gesunken. Solarzellen bestehen aus einem leitenden Material und einem Halbleiter – einem Material, das Licht absorbiert. In den Anfängen der Solarzellentechnologie wurde der Halbleiter aus reinem Silizium hergestellt. Dies ist teuer in der Herstellung und erfordert ein kompliziertes Verfahren. Heute verwenden viele Solarzellen Silizium, dem andere Elemente hinzugefügt werden, wodurch sie billiger und einfacher herzustellen sind.
Diese Materialien werden als Dünnschicht-Solarzellen bezeichnet und haben sich in den letzten Jahren bei vielen neuen Solaranlagen durchgesetzt. Sie kosten pro Watt weniger als halb so viel wie herkömmliche kristalline Silizium-Solarmodule und haben einen ähnlichen Wirkungsgrad, was bedeutet, dass Sie mit Dünnschicht-Solarmodulen mehr Fläche für weniger Geld abdecken können. Und es gibt sogar gute Nachrichten für diejenigen, die bereits kristalline Standard-Silizium-Solarmodule besitzen! Da sich die Kosten für diese Technologien angleichen, wird es immer erschwinglicher, eine zusätzliche Dünnschicht für mehr Effizienz zu installieren.
Die jüngsten Durchbrüche sind auf die Verwendung von Molybdändisulfid zurückzuführen
Fortschritte in der Materialwissenschaft und -technik machen Solarzellen für den Durchschnittsbürger leichter zugänglich. Die jüngsten Durchbrüche sind auf die Verwendung von Molybdändisulfid zurückzuführen, einer Verbindung, die nicht neu ist (sie wird seit Jahrhunderten wegen ihrer schmierenden Eigenschaften verwendet), die aber jetzt eingesetzt wird, um Solarzellen billiger und einfacher herzustellen. Außerdem macht es sie haltbarer, da es reißfest ist und sich nicht abnutzt.
Die Funktionsweise von Molybdändisulfid in Solarzellen beruht auf einem Prozess, der als Photovoltaik bezeichnet wird und bei dem Energie von einem Atom auf ein anderes übertragen wird, wodurch ein elektrischer Strom entsteht. Das Material selbst ist voll von diesen photovoltaischen Punkten, den so genannten „Photonen“, die selbst wie Sonnenkollektoren wirken, so dass man sich keine Sorgen machen muss, nur einen oder zwei Kontaktpunkte mit der Sonne zu haben. Dies erhöht die Effizienz und senkt die Kosten, da weniger Materialien benötigt werden.
Solarzellen waren lange Zeit eine sehr teure und schwierig herzustellende Alternative zu den fossilen Brennstoffen, die den größten Teil der menschlichen Zivilisation bis jetzt angetrieben haben. Spannende neue Forschungsarbeiten haben jedoch einen Weg gefunden, Solarzellen einfacher und billiger herzustellen, was hoffentlich eine breitere Nutzung der Solarenergie in Häusern, Gebäuden und anderen Orten, die von einer erneuerbaren Energiequelle profitieren würden, ermöglichen wird.
Die neue Solarzellentechnologie nutzt ein Material namens Perowskit, eine Kristallstruktur, die mit verschiedenen Chemikalien leicht manipuliert werden kann. Indem sie das Perowskit verschiedenen Chemikalien aussetzen, können die Wissenschaftler seine Struktur so verändern, dass es Licht absorbieren und effizienter in Energie umwandeln kann, als dies mit herkömmlichen Solarzellen auf Siliziumbasis möglich ist.
Eigentlich ein alter Hut, aber erst seit neuestem für die Praxis relevant
Solarzellen gibt es schon seit langem. Im Jahr 1839 untersuchte Alexandre-Edmond Becquerel, der Sohn des Physikers Antoine César Becquerel, die Wirkung eines elektrischen Feldes auf elektrolytische Lösungen und stellte fest, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Elektrode in der Lösung ein elektrischer Strom erzeugt wurde. Dies weckte sein Interesse an Solarzellen.
Mehr als ein Jahrhundert später verwendeten Wissenschaftler der Bell Laboratories mit Verunreinigungen dotiertes Silizium, um photovoltaische Zellen zu bauen, die in der Lage waren, Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Diese Solarzellen bildeten das erste funktionsfähige Solarpanel und wurden in den 1950er und 1960er Jahren zur Stromversorgung von Satelliten eingesetzt.
Solarzellen sind in den letzten Jahrzehnten immer beliebter geworden, aber für viele Menschen sind sie immer noch zu teuer, um sie in ihren Häusern oder Unternehmen zu installieren. Die hohen Kosten sind vor allem auf die Materialien zurückzuführen, die für ihre Herstellung benötigt werden: Silizium ist teuer, weil es schwierig zu gewinnen und zu reinigen ist; auch Gold ist sehr kostspielig. Neue Forschungen haben zur Entdeckung billigerer Materialien geführt, die anstelle dieser teuren Materialien verwendet werden können und genauso gut funktionieren wie herkömmliche Solarzellen – und das ohne Einbußen bei der Effizienz oder Leistung.