Die Forschung konzentriert sich nicht nur darauf, große Solarzellen für den Außeneinsatz immer effizienter zu gestalten. Seit Jahren bemühen sich Firmen und Wissenschaftler zugleich darum, auch Solarzellen für den Innenbereich weiter auszubauen. Der Vorteil dieser Systeme liegt darin, dass sie auf die Verwendung von künstlichem Licht ausgelegt sind, das ohnehin in unserem Alltag von uns genutzt wird. Sei es das Licht der Lampe, das ein Zimmer erhält, das abgegebene Licht eines Laptop-Bildschirms oder der laufende Fernseher. Jetzt hat die Möglichkeit für solche Indoor-Solarzellen eine neue Schwelle genommen.
Sechsmal effizienter als bisherige Indoor-Solarzellen
Wissenschaftlern des University College London (UCL) gelang es in Zusammenarbeit mit chinesischen und Schweizer Wissenschaftlern, eine Indoor-Solarzelle auf Perowskit-Basis zu entwickeln. Sie arbeitet rund sechsmal effizienter als bisherige Solarzellen, die auf künstliches Licht ausgelegt sind. Dadurch können sie tatsächlich Geräte mit ausreichend Strom versorgen, um den Gebrauch von Wegwerf-Batterien zu ersetzen. Einige Anwendungsbereiche wären dabei besonders genial. Etwa die Verwendung in Rauchmeldern, die ihre Besitzer nie mehr mitten in der Nacht mit einem penetranten Piepen aus dem Schlaf reißen, um über den nötigen Austausch der Batterie zu informieren. Auch Fernbedienungen, Küchenwaagen oder andere Sensoren könnte man so mit ausreichend Strom versorgen.
Dabei ist die erhöhte Effizienz nicht alles, was die neuen Perowskit-Solarzellen für Innenbereiche interessant macht. Bisherige Alternativen sind häufig entweder teuer oder liefern deutlich weniger Strom, als für viele Anwendungen benötigt wird. Dadurch können sie in der Massenherstellung für Produkte bisher nicht verwendet werden. Die jeweiligen Produkte würden dadurch deutlich teurer als die Konkurrenz, die noch immer auf Wegwerf-Batterien setzt. Ein Verkaufserfolg wäre damit bestenfalls ungewiss. Doch gerade in Innenräumen gibt es genügend Geräte, die sich mit künstlichem Licht ideal versorgen ließen, um den Bedarf an Unmengen an Wegwerf-Batterien zu reduzieren. Da die neue Indoor-Solarzelle auf Perowskite setzt, sieht das für sie anders aus. Perowskite kommen in unzähligen Varianten in der Natur vor und sind zudem deutlich preisgünstiger.
Für den Außenbereich wurden sie bereits vielfach erprobt und gelten noch heute als Hoffnungsträger, um Solarmodule günstiger und zugleich effizienter zu gestalten. Da Perowskit-Strukturen Kristalle sind, kann man sie gezielt züchten, um bestimmte Wellenlängen des Lichtes zu absorbieren. Dadurch können sie so spezifisch auf künstliches Licht angepasst werden. Denn die Wellenlängen unserer geschaffenen Beleuchtung unterscheiden sich von denen des Sonnenlichts.
Perowskit-Solarzellen bieten auch einige Herausforderungen und Nachteile
Gänzlich frei von Nachteilen sind Perowskit-Solarzellen jedoch nicht. Ihre Lebensdauer ist bisher kürzer, primär beim Einsatz unter Witterungsbedingungen außerhalb. Im Innenbereich jedoch sind sie wesentlich weniger Belastungen ausgesetzt, sodass die Lebenserwartung höher ausfallen dürfte. Eine weitere Hürde stellen kleine Defekte in der Kristallstruktur dar, die in Perowskiten natürlich auftreten können. Diese werden „Traps“ genannt, da sie den Fluss von Elektronen behindern können. Die Autoren der Studie konnten dieses Problem jedoch umgehen, indem sie den Perowskit-Kristallen Rubidiumchlorid hinzufügten, während sie diese züchteten. So hat sich ein gleichmäßigeres Wachstum eingestellt und die Anzahl von Defekten in der Struktur hat sich deutlich reduziert. Um die Effekte weiter zu verbessern, kamen zusätzlich zwei organische Ammoniumsalze hinzu: N-Dimethyloctylammoniumiodid (DMOAI) und Phenethylammoniumchlorid (PEACl).
Die neuen Solarzellen durchliefen mehrere Stresstests, um ihre Effizienz in Innenräumen zu überprüfen. Nach 100 Tagen wiesen sie noch immer 92 Prozent ihrer Leistung auf. Bei herkömmlichen Perowskit-Zellen wären es nach der gleichen Zeitspanne lediglich 76 Prozent gewesen. Mit diesen Zahlen schätzen die Wissenschaftler, dass die Indoor-Solarzellen Geräte fünf Jahre lang mit Energie versorgen könnten. Zugleich sind sie in der Lage, rund 37,6 Prozent des Lichtes bei einer Lichtstärke von 1.000 Lux in Strom umzuwandeln. Auch wenn man die Solarzellen somit noch in ihrer Lebenserwartung verbessern kann, ist das Zwischenergebnis vielversprechend.