Graphen-Solarzellen sollen kleinen Geräten in Innenräumen genügend Energie liefern

Graphen ist ein Material, welches in vielen Bereichen Anwendung finden kann. So kündigte Midea erst kürzlich an, neue Heizelemente entwickelt zu haben, die besonders schnell hohe Temperaturen erreichen können. Graphen selbst ist eine Modifikation des Kohlenstoffs, bei der Kohlenstoffatome in einer einzigen Schicht wabenförmig angeordnet sind. Das Material ist somit nur ein Atom dick, gleichzeitig aber auch extrem leitfähig und lichtdurchlässig (siehe auch Wikipedia).

Dank dieser Eigenschaften eignet sich das Material perfekt als Konktaktschicht in Solarzellen zum Leiten des Stroms, ohne dabei den Lichteinfall zu verringern. Kein Wunder also, dass die Idee, Graphen für diese Anwendung zu nutzen, nicht gerade neu ist. Schon 2013 fasste beispielsweise pro-physik.de eben diese Vorteile des Materials zusammen.

Zum Durchbruch des neuen Materials kam es jedoch nie. Technische Herausforderungen bei der Produktion trieben die Kosten in die Höhe, was die Massenproduktion unwirtschaftlich machte. Am Einsatz Graphens in Solarzellen wurde jedoch weitergeforscht und immer wieder gab es Meldungen über den Fortschritt bei der Fertigung. So gab das Fraunhofer FEP-Institut im Juni 2024 beispielsweise bekannt, dass ein neues Verfahren die Abscheidung von Graphen bei hohen Prozessgeschwindigkeiten ermöglichen würde.

Graphen soll Gold und Silber ersetzen

In die Reihe der Pressemeldungen über den Einsatz von Graphen in Solarzellen reiht sich nun auch das neueste Update von First Graphene Limited ein. Das Unternehmen gab bekannt, dass die Zugabe des funktionalisierten Graphens zu photovoltaischen Perowskit-Zellen den Wirkungsgrad erhöht und dabei die Produktionskosten gesenkt hätte. Konkret sollen Halocells Zellen nun einen Wirkungsgrad von 30,6 Prozent erreichen, bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten um fast 80 Prozent.

Zur Erläuterung: Während die meisten Photovoltaikmodule heutzutage noch aus Silzium gefertigt werden, könnte das ebenfalls kristallartige Material Perowskit das nur begrenzt verfügbare Silizium zukünftig ersetzen. Auch ist der Wirkungsgrad Silziums begrenzt, was ebenfalls ein Grund für die Suche nach Alternativen ist.

Möglich machen soll die Kostenersparnis die Tatsache, dass die genutzte Graphenformulierung mit gängigen, kostengünstigen Produktionstechniken (konkret: Rolle-zu-Rolle-Dispersionstechnologie-Verfahren) kompatibel ist und so andere, deutlich teurere hochleitende Materialien wie Gold und Silber ersetzen kann.

Verwendung vorerst hauptsächlich in Innenräumen

Bevor auch größere Photovoltaikmodule aus dem neuen Material hergestellt werden, sollen vorerst kleinere Zellen für die Anwendung in Innenräumen verkauft werden. Denn verglichen mit herkömmlichen Solarzellen liefern jene aus kohlenstoffbasierten Materialien wie Graphen bei schwachem und künstlichem Licht deutlich mehr Energie. Diese gelten daher als gute Lösung, um Batterien in kleinen elektronischen Geräten wie Fernbedienungen, Taschenrechnern, E-Readern oder Taschenlampen zu ersetzen. Schon heute gibt es natürlich derartige Geräte in solarbetriebenen, akkugestützten Ausführungen, die Perowskit-Solarzellen sollen jedoch deutlich mehr Leistung bringen können.