Wissenschaft: Rekorde ohne Nutzen
Perowskite sind eine Klasse von Stoffen einer bestimmten Kristallstruktur, die seit 2009 als mögliche Grundlage für billige und effiziente Solarzellen gelten. Keine andere Technik zur Konstruktion von Solarzellen hat in der Vergangenheit derart schnelle Fortschritte in der Verbesserung der Effizienz gemacht. Trotzdem werden die immer neuen Rekordmeldungen,(öffnet im neuen Fenster) diesmal eine Messung von 25,5 Prozent im Helmholtz-Zentrum Berlin,(öffnet im neuen Fenster) immer uninteressanter.
Das liegt nicht daran, dass die Forscher tatsächlich eine Tandemzelle auf Basis einer herkömmlichen Silizium-Solarzelle entwickelten. Die Herstellung der Siliziumzellen ist in den vergangenen Jahren selbst immer billiger geworden und eine Verbesserung ihrer Effizienz durch eine kostengünstige Schicht aus Perowskit ist verlockend, zumal die Effizienz dieser Konstruktion in der Theorie noch bis 32,5 Prozent gesteigert werden könnte. Für einzelne, sogenannte Single-Junction-Perowskit-Zellen, liegt der Rekord derzeit bei rund 22 Prozent.
Billiges Perowskit kann Silizium besser machen
Die Perowskit- und Siliziumzelle ergänzen sich gegenseitig im Tandem. Die Perowskite haben als Halbleiter eine größere Bandlücke als Silizium. Sie können also nur aus energiereicheren Photonen des Sonnenlichts Energie gewinnen, erzeugen dabei aber pro Photon mehr Energie, als es eine Silizium-Solarzelle könnte. Für Photonen mit zu wenig Energie, aus denen sie keine Energie gewinnen können, sind die Perowskite hingegen transparent.
Die Perowskit-Schicht reicht also die übrigen Photonen an die Siliziumschicht weiter, die sie noch für die Energiegewinnung verwerten kann. Um die theoretisch möglichen 32,5 Prozent der Konstruktion zu erreichen, müsste die Bandlücke durch chemische Veränderungen noch etwas angepasst werden. Das gleiche Prinzip wird beispielsweise auch mit Schichten aus Gallium-Arsenid und anderen Halbleitermaterialien erreicht, die aber teuer in der Herstellung sind, während die Perowskit-Schichten mit einfachen Chemikalien und Verfahren im Labor herstellbar sind.
Um die Effizienz der Zellen noch weiter zu steigern, griffen die Forscher vom Helmholtz-Zentrum zu einem weiteren Trick. Die Oberfläche wurde mit einer strukturierten Folie versehen, die Reflexionen von Licht verringert und damit mehr Photonen in die Zelle befördern. Zusammen mit anderen Verbesserungen wurde so der neue Rekord erreicht, eine Steigerung von 23,4 Prozent auf 25,5 Prozent.
Perowskit zerfällt von selbst
Und trotzdem bleibt es ein Rekord ohne Nutzen. Diese Perowskit-Tandem-Solarzellen werden niemals zu mehr als Test- oder Demonstrationszwecken auf Dächer montiert werden. Denn ein Problem der Perowskit-Solarzellen bestand von Anfang an: Sie sind chemisch nicht stabil. Bis heute gilt es als erwähnenswert,(öffnet im neuen Fenster) wenn eine solche Zelle nach einigen Monaten Lagerung in der Dunkelheit noch mehr als 90 Prozent der ursprünglichen Leistung hat.
Wenn die Zellen Licht ausgesetzt werden, dem Sauerstoff der Luft oder gar Luftfeuchtigkeit, beschleunigt sich der Prozess. Im normalen Einsatz muss eine Solarzelle über Jahrzehnte stabil bleiben, ohne sich chemisch selbst zu zersetzen und große Teile ihrer Leistung zu verlieren. Die wissenschaftliche Literatur kennt bis heute keine einzige Perowskit-Zelle dieser Art. Den Rekord(öffnet im neuen Fenster) hält derzeit ein kleines Modul mit einer Effizienz von rund 11,2 Prozent, das unter konstanter Beleuchtung ein Jahr stabil blieb.
Fünf Minuten sind eine gute Kurzzeithaltbarkeit
Die Veröffentlichung aus Berlin bescheinigt der Rekordzelle lediglich nach fünfminütigem Test eine "gute Kurzzeithaltbarkeit." Nähere Details fehlen. Neun Jahre nach den ersten Veröffentlichungen zu der Technik fordern einzelne Wissenschaftler in dem Feld(öffnet im neuen Fenster) noch immer, wenigstens überall vergleichbare Testverfahren einzuführen. Das wäre die minimale Grundlage, um den Zersetzungsprozessen auf den Grund zu gehen, denn dafür müssen die Wissenschaftler mit vergleichbaren Ergebnissen arbeiten können.
Neben der Luft spielen auch Temperaturen und Veränderungen der Betriebsbedingungen eine Rolle. Eine Zelle verhält sich anders, wenn sie dauerhaft stabilen Temperaturen, Luftfeuchtigkeiten und Lichteinfall ausgesetzt ist, als unter variablen Bedingungen, wie es im normalen Betrieb zu erwarten ist. Die chemischen Prozesse, die zum Leistungsverlust führen, sind noch immer nicht verstanden.
Dennoch stehen immer wieder neue Leistungsrekorde im Zentrum der Forschung. Im Fall der Forschungsgruppe vom Helmholtz-Zentrum komplett mit Modellen, wie viel Energie ein Quadratmeter der Zellen an verschiedenen Standorten im Jahr erzeugen könnte. Das alles, obwohl die Rekordzelle selbst nicht einmal einen Quadratzentimeter groß ist und durch den Leistungsverlust im Verlauf des Jahres niemals die versprochene Ausbeute erreichen würde.
Wer mehr verspricht, bekommt mehr Geld
Es drängt sich somit der Verdacht auf, dass die Rekordjagd der Umsetzung des Versprechens billig herstellbarer, praxistauglicher Solarzellen mehr im Weg steht, als ihr zu nützen. Es ist die unvermeidliche Folge eines Wissenschaftsbetriebs, in dem Wissenschaftler das Schreiben von Forschungsanträgen dem literarischen Genre der Fiktion zuschreiben.(öffnet im neuen Fenster) Ein solcher Zynismus gegenüber diesem Prozess der Geldvergabe ist längst weit verbreitet. Wer die größten Versprechen macht, bekommt das meiste Geld. Anschließend müssen die viel zu großen Versprechen dann oberflächlich eingehalten werden.
Das Resultat ist eine Flut völlig bedeutungsloser wissenschaftlicher Veröffentlichungen ohne jeden Mehrwert, aber mit großartigen Pressemeldungen aus den Forschungsinstituten und Universitäten. Der aktuelle Rekord bei Perowskit-Zellen ist nur ein Beispiel dafür. Was den Perowskit-Zellen zum Durchbruch fehlt, ist ein stabiles Material. Die Durchführung bekannter industrieller Optimierungsprozesse in Laborexperimenten bringt die Wissenschaft diesem Ziel nicht näher.
Was bleibt, ist ein weiterer nutzloser Rekord, in einer immer weiter steigenden Zahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen. Immerhin wird die weitgehende Stagnation in der Gewinnung praktisch anwendbarer wissenschaftlicher Erkenntnisse der heutigen Zeit gut dokumentiert sein. Damit bleibt die Hoffnung, dass künftige Generationen in der Verwaltung der Wissenschaft aus dem heutigen Scheitern ihre Lehren ziehen können.
IMHO ist der Kommentar von Golem.de. IMHO = In My Humble Opinion (Meiner bescheidenen Meinung nach).