Prof. Dr. Peter Mueller-Buschbaum (rechts) und Erstautor Lennart K. Reb (links) in den Labors der Professur für funktionelle Materialien der Technischen Universität München mit dem Nutzlastmodul „Organische und hybride Solarzellen im Weltraum“ (OHSCIS)
Wei Chen / TUM
Perowskit- und organische Solarzellen sind vielversprechende Kandidaten für zukünftige Generationen von Solarzellen. In den letzten Jahren haben ihre Wirkungsgrade rasch zu den konventionellen Solarzellen auf Siliziumbasis aufgeschlossen. "Die besten Perowskit-Solarzellen erreichen derzeit Wirkungsgrade von 25 Prozent“, sagt Peter Müller-Buschbaum, Professor für funktionelle Materialien im Physik-Department der TUM. "Solche weniger als 1 µm dünnen Solarzellen, aufgebracht auf ultradünnen, flexiblen Kunststofffolien, sind extrem leicht. Daher können diese Zellen eine Energieausbeute von knapp 30 Watt pro Gramm erreichen.“
Herstellung bei Raumtemperatur
Dies wird erst durch einen entscheidenden Vorteil der neuen Solarzellen möglich: Während die Herstellung von Silizium-Solarzellen sehr hohe Temperaturen und viele Prozessschritte erfordert, lassen sich Perowskit-Zellen und organische Halbleiter bei Raumtemperatur und aus einer Lösung heraus herstellen. "Diese organischen Lösungen kann man sehr einfach verarbeiten“, sagt Erstautor Lennart Reb. "So erschließen die Technologien neue Anwendungsfelder, in denen herkömmliche Solarzellen einfach zu unhandlich oder zu schwer waren – und das reicht weit über die Raumfahrttechnik hinaus.“
Testflug ins Weltall
Auf einem Forschungsflug im Rahmen der Kampagne Mapheus 8 auf der European Space and Sounding Rocket Range im schwedischen Kiruna wurden je zwei verschiedene Typen von organischen und Perowskit-Solarzellen erstmals unter Weltraumbedingungen getestet.
Video vom Flug der Mapheus 8-Rakete
"Die elektrischen Messungen während des Fluges und die materialwissenschaftliche Auswertung nach Bergung der Rakete haben gezeigt, dass Perowskit- und organische Solarzellen ihr Potenzial hinsichtlich ihrer erwarteten Leistung in Umlaufbahnhöhe erreichen können“, sagt Müller-Buschbaum. Auch unter diffusem Lichteinfall erzeugten die Solarzellen elektrische Energie.