Die Solarenergie wächst rasant, doch der Weg zur benötigten Leistung im Sinne der Klimaneutralität führt nur über technologische Sprünge. Wie Tandemzellen dabei helfen, Effizienzgrenzen zu durchbrechen und warum cleveres Recycling zum Schlüssel für den Rohstoffkreislauf wird.
Solaranlagen wandeln sich derzeit von einer Nischentechnologie zu einem zentralen Pfeiler der globalen Energieversorgung. Um die Klimaziele zu erreichen, muss die installierte Leistung einer Studie zufolge bis zum Jahr 2050 auf bis zu 80 Terawatt steigen.
Der Hintergrund: Ein Terawatt entspricht grob der Leistung von 1.000 Atomkraftwerken. Das benötigte Wachstum der Solarenergie transformiert jedoch die Rohstoff- und Lieferketten der Industrie grundlegend. Forscher müssen die Technologie bereits im Quadratkilometermaßstab denken.
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Tandemzellen und Recycling: Die nächste Stufe der Solarenergie?
Der Fortschritt verläuft seit Jahrzehnten exponentiell und folgt Mustern der Computerbranche. Die Lernrate für die Effizienzverbesserung liegt nach jeder Verdopplung der installierten Leistung statistisch etwa bei acht Prozent.
Hinzu kommt, dass die Industrie bereits zehn bis 20 Prozent der weltweiten Silberproduktion für elektrische Kontakte nutzt. Da Indium als Nebenprodukt vor allem in Zinnerzen vorkommt, muss die Branche für einen höheren Ertrag zudem mehr Zinn fördern.
Doch technologische Konzepte könnten den Bedarf an diesen kritischen Stoffen reduzieren. Darunter: Tandemsolarzellen, die in puncto Materialaufwand und Effizienz theoretisch deutlich besser abschneiden als klassische Module.
Fast alle Solarzellen benötigen jedoch Silizium in einer extrem hochreinen Form von 99,9999 Prozent. Zum Vergleich: Unter rund einer Million Atomen dürfte sich nur ein falsches befinden. Der Prozess hochreines Silizium herzustellen benötigt wiederum viel Energie.
Klassische Solarmodule haben Grenzen
Silizium-Solarzellen dominieren den Markt mit etwa 95 Prozent, stoßen aber bald an ihre physikalische Effizienzgrenze von rund 29,4 Prozent. Die Tandemtechnologien verspricht hingegen, einen größeren Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie künftig nutzbar machen zu können.
Denn: Höhere Wirkungsgrade sparen Fläche, die bei mangelnder Innovation bis Ende des Jahrhunderts um 30 Prozent steigen würde. Die global installierte Modulfläche entspräche dann bereits der halben Fläche Deutschlands.
Ein nachhaltiger Ausbau muss jedoch die planetaren Belastungsgrenzen respektiert. Auch in einer post-fossilen Welt graben Minenarbeiter weiterhin nach notwendigen Rohstoffen, da die Energiegewinnung mineralisch bleibt.
Recyclinglösungen wie die Gewinnung von Blei aus alten Batterien für neue Solarzellen sind für eine nachhaltige Industrie daher essenziell. Forscher konstruieren Zellen bereits schon für eine spätere Wiederverwertung am Ende ihres Lebenszyklus.
Da Solarmodule erst nach 30 Jahren in den Kreislauf zurückkehren, ist die Industrie in der ersten Transformationsrunde auf neu gefördertes Material angewiesen. Doch nur langfristige Stoffkreisläufe sichern letztlich die Bewohnbarkeit des Planeten.
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