Eine neuartige Solarzelle wandelt Raumlicht effizient in Strom um und könnte Batterien in Alltagsgeräten überflüssig machen. Sie ist außergewöhnlich haltbar und liefert schon bei Bürobeleuchtung verlässlich Energie, zum Beispiel für Sensoren oder Alarmsysteme. Ein Durchbruch für nachhaltige Elektronik.
Professor Mojtaba Abdi-Jalebi und Doktorand Siming Huang mit ihren für Innenräume optimierten Solarzellen. Foto: UCL James Tye
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des University College London (UCL) hat eine neue Solarzellen-Technologie vorgestellt, die speziell für die Nutzung in Innenräumen entwickelt wurde. Die auf dem Halbleitermaterial Perowskit basierenden Zellen können schon bei typischer Bürobeleuchtung (1.000 Lux) Kleingeräte wie Sensoren, Fernbedienungen oder Alarmsysteme dauerhaft mit Energie versorgen, ohne dass diese je aufgeladen oder entsorgt werden müssten.
Der Fortschritt liegt jedoch nicht nur in der Effizienz. Erstmals ist es zudem gelungen, die bislang problematische Materialstabilität deutlich zu verbessern. Die neuen Zellen verlieren selbst nach monatelangem Dauereinsatz kaum an Leistung. In Tests hielten sie 92 Prozent ihrer Ausgangsleistung nach über 3.000 Stunden Betriebszeit. Dies wurde durch eine neuartige Kombination aus drei chemischen Zusatzstoffen ermöglicht, die gezielt Defekte im Kristallgitter des Perowskits reduzieren. Diese sogenannten „Traps” galten bisher als Hauptursache für Wirkungsgradverluste und Materialalterung. Die Forschenden nutzen Rubidiumchlorid, DMOAI und PEACl, um Strukturfehler im Material zu glätten und die Ionenwanderung zu verhindern, die sonst zur Zersetzung der lichtaktiven Schicht führt. Das Resultat sind effizientere, langlebigere und potenziell kostengünstige Zellen für den Innenbereich.
Was diese Entwicklung besonders relevant macht, ist ihr Potenzial für nachhaltige Anwendungen in der Kreislaufwirtschaft. Denn der Bedarf an vernetzten, energieautarken Geräten wächst rasant. Im Zuge des Internets der Dinge (IoT) könnten bis 2030 weltweit schätzungsweise über 500 Milliarden Kleingeräte im Einsatz sein. Derzeit werden viele davon mit Knopfzellen oder anderen Batterien betrieben, was ökologische und logistische Herausforderungen mit sich bringt. Vor allem, wenn Geräte schwer zugänglich verbaut sind oder häufig ausgetauscht werden müssen. Batterien bedeuten Ressourcenverbrauch, meist unter Einsatz seltener Erden, und verursachen Entsorgungsprobleme. Die Perowskit-Solarzellen für Innenräume könnten hier Abhilfe schaffen. Sie lassen sich laut den Forschenden kostengünstig in Dünnschichttechnik herstellen, mit einem Verfahren ähnlich dem Zeitungsdruck. Damit wären sie prädestiniert für integrierte Anwendungen in Gehäusen, auf Verpackungen, in Gebäuden oder bei der Produktion smarter Produkte. Ihre robuste Performance unter Büro- oder LED-Licht macht sie ideal für Sensoren, Logistiksysteme, Gebäudetechnik oder Medizinprodukte.
Noch ist die Technik jedoch nicht serienreif. Die Forschenden stehen eigenen Angaben zufolge mit Industriepartnern in Gesprächen über mögliche Skalierungsstrategien. Entscheidend wird sein, ob die Produktion auf industriellem Niveau ebenso stabil und effizient bleibt. Fest steht jedoch: Mit diesem Ansatz eröffnet sich ein Weg zu Elektronik ohne Batterien. Ein konkreter Baustein für eine zirkuläre und ressourcenschonende Wirtschaftsweise.
Quellen:
- UCL NEWS: New solar cells could power devices from indoor light
- Advanced Functional Materials Early: Enhancing Indoor Photovoltaic Efficiency to 37.6 %