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Photovoltaik : Mehr Solarpower im Weltraum

Start von Marpheus-8 am frü­hen Mor­gen des 13. Juni 2019 vom Startplatz im schwedischen Kiruna. Bild: DLR

Organische und Perowskit-Solarzellen gelten als Hoffnungsträger in der Photovoltaik. Sie sind effizient und günstig herzustellen und könnten bald auch Satelliten mit Solarstrom versorgen. Der ersten Testflug ins All war bereits ein Erfolg.

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          Eine ungewöhnliche Fracht hatte die Forschungsrakete „Mapheus-8“ des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an Bord, als sie am 13. Juni 2019 in Nordschweden zu ihrem rund achtminütigen Parabelflug ins All startete. Während üblicherweise biologische Proben, Flüssigkeiten und spezielle Werkstoffe in den Weltraum transportiert werden, um deren Verhalten in Schwerelosigkeit und unter kosmischer Strahlung zu testen, bildete dieses Mal ein Satz neuartiger Solarzellen einen Teil der Nutzlast. Forscher von der Technischen Universität München wollten gemeinsam mit Kollegen des DLR testen, ob organische und sogenannte Perowskit-Solarzellen der Anwendung im Weltraum in gleicher Weise gewachsen sind wie die kristallinen Solarzellen aus Silizium, die seit Jahrzehnten die Stromversorgung vieler Satelliten und Raumsonden sicherstellen. In der Zeitschrift „Joule“ präsentieren die Wissenschaftler um Peter Müller-Buschbaum nun die Messergebnisse. Ihr Fazit: Die organischen und Perowskit-Solarzellen, die leichter sind sowie einfacher und kostengünstiger hergestellt werden können als die Silizium-Stromquellen, haben den Testflug mit Bravour bestanden.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Solarzellen, oft in Gestalt von großflächigen Solarpaneelen, gehören seit dem Start des ersten mit einer „Sonnenbatterie“ ausgerüsteten amerikanischen Satelliten („Vanguard 1“) im Jahr 1958 zur Standardausrüstung der meisten Raumfahrzeuge. Doch die gebräuchlichen Solarzellen aus kristallinem Silizium oder Hochleistungs-Dünnschichtzellen sind teuer und vergleichsweise schwer, wodurch sie das ohnehin schon hohe Startgewicht der Trägerrakete weiter erhöhen.

          Testflug in den Weltraum

          Deshalb sucht man schon seit längerem nach günstigerem und leichterem photovoltaischem Ersatz. Als vielversprechende Kandidaten gelten Solarzellen aus halbleitenden Kohlenwasserstoff-Verbindungen sowie aus sogenannten Perowskiten. Dabei handelt es sich um kristalline anorganische Materialien, die die gleiche kubische Kristallstruktur aufweisen wie das Mineral Kalziumtitanat. In den vergangenen Jahren konnten die Wirkungsgrade von beiden Stromquellen schrittweise erhöht werden. So liegt die Effizienz der besten organischen Solarzellen bei mittlerweile 17 Prozent, die der leistungsfähigsten Perowskit-Moldule sogar bei 25 Prozent. Letztere reichen damit schon fast an die leistungsfähigsten einkristallinen Silizium-Solarzellen heran, die rund 27 Prozent des Sonnenlichts anzapfen können. Für Silizium ist damit allerdings schon fast das Ende der Fahnenstange erreicht. Das theoretische Maximum liegt bei 29 Prozent. Einen Wirkungsgrad von mehr als 40 Prozent erreichen Mehrschicht-Solarzellen aus Elementen der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems. Allerdings ist ihre Herstellung aufwendig und daher noch immer sehr teuer.

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