Forscher der schwedischen Universität Linköping haben eine Methode entwickelt, mit der alle Teile einer Solarzelle wiederholt ohne umweltschädliche Lösungsmittel recycelt werden können. Die recycelte Solarzelle hat den gleichen Wirkungsgrad wie die ursprüngliche Zelle. Die Solarzelle besteht aus Perowskit und das Hauptlösungsmittel ist Wasser.
Es wird erwartet, dass der Stromverbrauch in den kommenden Jahren – unter anderem durch die Entwicklung der künstlichen Intelligenz und den Übergang zum elektrifizierten Verkehr – drastisch ansteigen wird. Damit diese Entwicklung nicht den Klimawandel vorantreibt, müssten, so die Forscher weiter, verschiedene nachhaltige Energiequellen zusammenwirken. Dabei wird der Solarenergie wird seit langem ein großes Potenzial zugeschrieben.
Die Linköping University (LiU) ist eine renommierte Universität in Schweden, die sich seit ihrer Gründung zu einer der führenden Hochschulen des Landes entwickelt hat. Die LiU hat einen starken Fokus auf Forschung und ist besonders bekannt für ihre Arbeiten in den Bereichen Informationstechnologie, Biomedizin, Umweltwissenschaften und nachhaltige Entwicklung.
Allerdings gäbe bei der Photovoltaik auch eine Schattenseite
Die auf Silizium basierenden Solarzellen sind seit über 30 Jahren auf dem Markt. Die Silizium-Solarpaneele der ersten Generation sind inzwischen am Ende ihres Lebenszyklus angelangt, was zu einem unerwarteten Problem geführt hat.
„Derzeit gibt es keine effiziente Technologie, um den Abfall von Silizium-Paneelen zu entsorgen. Deshalb landen alte Solarmodule auf der Mülldeponie. Riesige Berge von Elektroschrott, mit denen man nichts anfangen kann“, sagt Xun Xiao, Postdoc am Institut für Physik, Chemie und Biologie (IFM) der Universität Linköping (LiU).
Feng Gao, Professor für Optoelektronik an derselben Fakultät, fügt hinzu: „Wir müssen bei der Entwicklung neuer Solarzellentechnologien auch das Recycling berücksichtigen. Wenn wir nicht wissen, wie wir sie recyceln können, sollten wir sie vielleicht gar nicht erst auf den Markt bringen.“
Eine der vielversprechendsten Technologien für Solarzellen der nächsten Generation sind Perowskite. Sie sind nicht nur relativ preiswert und einfach herzustellen, sondern auch leicht, flexibel und transparent. Dank dieser Eigenschaften lassen sich Perowskit-Solarzellen auf vielen verschiedenen Oberflächen anbringen, sogar auf Fenstern. Außerdem können sie bis zu 25 Prozent der Sonnenenergie in Strom umwandeln, was mit den heutigen Siliziumsolarzellen vergleichbar ist.
„Es gibt viele Unternehmen, die jetzt Perowskit-Solarzellen auf den Markt bringen wollen, aber wir möchten eine weitere Mülldeponie vermeiden. In diesem Projekt haben wir eine Methode entwickelt, bei der alle Teile in einer neuen Perowskit-Solarzelle wiederverwendet werden können, ohne die Leistung der neuen Zelle zu beeinträchtigen“, sagt Niansheng Xu, Postdoc an der LiU.
Da Perowskit-Solarzellen derzeit jedoch eine kürzere Lebensdauer haben als Silizium-Solarzellen, ist es wichtig, dass das Recycling von Perowskit-Solarzellen effizient und umweltfreundlich ist. Perowskit-Solarzellen enthalten auch eine geringe Menge Blei, die für einen hohen Wirkungsgrad notwendig ist, was aber auch hohe Anforderungen an ein funktionierendes Recyclingverfahren stellt. Darüber hinaus gibt es in weiten Teilen der Welt gesetzliche Vorschriften, die die Hersteller verpflichten, ausgediente Solarzellen auf nachhaltige Weise zu sammeln und zu recyceln.
Es gibt bereits Methoden zur Zerlegung von Perowskit-Solarzellen
Meist wird eine Substanz namens Dimethylformamid verwendet, ein üblicher Bestandteil von Farblösungsmitteln. Diese Substanz ist giftig, umweltgefährdend und potenziell krebserregend. Die Forscher in Linköping haben nun eine Technologie entwickelt, bei der Wasser als Lösungsmittel für die Demontage der degradierten Perowskite verwendet werden kann. Und was noch wichtiger ist: Hochwertige Perowskite können aus der Wasserlösung recycelt werden.
„Wir können alles recyceln – Deckgläser, Elektroden, Perowskit-Schichten und auch die Ladungstransportschicht“, sagt Xun Xiao.
Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, die Methode für den großtechnischen Einsatz in einem industriellen Prozess zu entwickeln. Langfristig glauben sie, dass Perowskit-Solarzellen eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung spielen können, wenn die umliegende Infrastruktur und die Lieferketten vorhanden sind.