Die Bauindustrie steht vor der Herausforderung, den enormen Energieverbrauch von Gebäuden zu reduzieren. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) entfallen im Jahr 2021 rund 40 % des globalen Energieverbrauchs auf Gebäude. In diesem Kontext haben Forschende der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur ultra-dünne Perowskit–Solarzellen entwickelt, die nicht nur deutlich dünner als herkömmliche Zellen sind, sondern auch unter diffusem Licht Strom erzeugen können. Diese Eigenschaften könnten die Integration von Solarenergie in die urbane Architektur erheblich erleichtern.
Seiteninhalte
Energiebedarf der globalen Bauindustrie
Der Gebäudesektor ist ein zentraler Treiber des weltweiten Energieverbrauchs. Der IEA-Bericht „Global Status Report: Buildings and Climate Change“ (2021) bestätigt, dass Gebäude etwa 40 % des gesamten Energieverbrauchs ausmachen. Diese Zahl verdeutlicht die Dringlichkeit, innovative Technologien zu implementieren, die den Energiebedarf von Gebäuden senken.
- Metric: Globaler Energieverbrauch der Gebäude
- Wert: 40 % (Jahr 2021)
- Quelle: IEA, S1
Durchbruch bei Perowskit-Solarzellen: 50-mal dünner und semi-transparent
Die neuen Perowskit-Solarzellen von NTU sind etwa 50 mal dünner als konventionelle Solarzellen und sogar 10 000 mal dünner als ein menschliches Haar. Sie werden ausschließlich durch ein vakuumbasiertes Thermalverdampfungsverfahren hergestellt – ein einfacher, industrietauglicher Prozess, der ohne toxische Lösungsmittel auskommt.
- 50 × dünner als herkömmliche Solarzellen
- 10 000 × dünner als ein menschliches Haar
- Herstellung mittels vakuumbasiertem Thermalverdampfen
- Semi-transparente Ausführung, 41 % Lichtdurchlässigkeit bei 60 nm Schichtdicke
- Stromerzeugung auch bei diffusem Licht
Herstellungsprozess: Vakuumbasiertes Thermalverdampfen
Im Rahmen des Prozesses werden die Materialien in einer Vakuumkammer erhitzt, bis sie verdampfen und als dünne Schichten auf ein Substrat abgeschieden werden. Dieser Ansatz ermöglicht:
- Kontrolle der Perowskit-Schichtdicke (10 nm, 30 nm, 60 nm)
- Vermeidung von Defekten und Verbesserung der Konversions-Effizienz
- Verzicht auf giftige Lösungsmittel
- Herstellung bei relativ niedrigen Temperaturen
Leistungsdaten und Effizienz
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Effizienz stark von der Schichtdicke abhängt:
- 10 nm Schicht: 7 % Konversions-Effizienz (undurchsichtig)
- 30 nm Schicht: 11 % Konversions-Effizienz (undurchsichtig)
- 60 nm Schicht: 12 % Konversions-Effizienz (undurchsichtig)
- 60 nm Schicht, semi-transparent: 7,6 % Effizienz bei 41 % Lichtdurchlässigkeit
Unabhängig von der Dicke erreichen moderne Perowskit-Solarzellen laut IEA-Daten über 25 % Konversions-Effizienz, wobei der aktuelle Rekord bei 25,5 % (Jahr 2021) liegt. Diese Werte positionieren Perowskit-Zellen als wettbewerbsfähige Alternative zu Silizium-Zellen.
- Metric: Maximale Effizienz von Perowskit-Solarzellen
- Wert: 25,5 % (Jahr 2021)
- Quelle: Nature Energy, S2
Potenzial für urbane Integration und Energieerzeugung
Durch ihre Semi-Transparenz und die Fähigkeit, unter indirektem Licht zu arbeiten, eignen sich die Zellen besonders für die Integration in Gebäudefenster und Fassaden. Professor Annalisa Bruno betont, dass die Technologie „unauffällig“ Gebäudeoberflächen in Energie-Erzeuger verwandeln kann. Erste Schätzungen deuten darauf hin, dass ein Glas-Fassaden-Gebäude mehrere hundert MWh pro Jahr erzeugen könnte – obwohl die genauen Annahmen noch nicht veröffentlicht wurden.
- Integration in architektonische Glasanwendungen
- Stromerzeugung bei diffusem Licht – ideal für Städte mit häufig bewölktem Himmel
- Potential: Hunderte MWh/Jahr bei großflächiger Fassaden-Installation
- Patent angemeldet über NTUitive (Innovationsarm von NTU)
Herausforderungen: Langzeitstabilität
Ein wesentlicher Kritikpunkt ist die Langzeitstabilität von Perowskit-Solarzellen. Frühere Generationen litten unter Stabilitätsproblemen, was das Vertrauen des Marktes beeinträchtigte. Die aktuelle Studie liefert noch keine beschleunigten Stabilitätsdaten oder Langzeit-Tests auf Flächen größer als einige Quadratzentimeter. Die Forscher arbeiten jedoch mit Industriepartnern an Verbesserungen in den Bereichen Dauerhaftigkeit, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit, um die Kommerzialisierung zu ermöglichen.
- Bedenken: Langzeitstabilität
- Relevanz: Vertrauen und Akzeptanz im Markt
- Aktuelle Maßnahmen: Zusammenarbeit mit Industrie, Patentanmeldung, Optimierung des Prozesses
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wie effizient sind die neuen Perowskit-Solarzellen?
Die neuesten Perowskit-Solarzellen erreichen Effizienzen von bis zu 25,5 %, was sie zu einer wettbewerbsfähigen Technologie im Vergleich zu Siliziumzellen macht.
Wie dünn sind die Zellen im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen?
Sie sind etwa 50 mal dünner als konventionelle Solarzellen und etwa 10 000 mal dünner als ein menschliches Haar.
Kann die Technologie bei diffusem Licht Strom erzeugen?
Ja, die Zellen können auch unter indirektem oder diffusem Licht Energie liefern, was sie besonders für urbane Umgebungen mit häufig bewölktem Himmel geeignet macht.
Welches Herstellungsverfahren wird verwendet?
Ein einfaches, vakuumbasiertes Thermalverdampfungsverfahren, das bei niedrigen Temperaturen arbeitet und auf toxische Lösungsmittel verzichtet.
Fazit
Die ultra-dünnen Perowskit-Solarzellen der NTU Singapore stellen einen bedeutenden Fortschritt dar: Sie kombinieren extreme Dünnheit, Semi-Transparenz und die Fähigkeit, bei diffusem Licht zu arbeiten. In Anbetracht, dass Gebäude rund 40 % des globalen Energieverbrauchs ausmachen, bietet die Technologie ein vielversprechendes Mittel, um den Energiebedarf urbaner Bauwerke zu senken. Trotz noch offener Fragen zur Langzeitstabilität zeigen die bisherigen Effizienzwerte (> 25 %) und die einfachen Produktionsbedingungen ein starkes Potenzial für eine skalierbare, nachhaltige Integration in die Architektur. Die nächsten Schritte – Stabilitäts-Tests, großflächige Pilotprojekte und industrielle Partnerschaften – werden entscheidend dafür sein, ob diese Innovation die angestrebte Transformation der Gebäudetechnik realisieren kann.
