Die Solarzelle der nächsten Generation ist vollständig recycelbar
In einer in Nature veröffentlichten Studie haben Forscher der Universität Linköping eine Methode entwickelt, um alle Teile einer Solarzelle wiederholt ohne umweltschädliche Lösungsmittel zu recyceln. Die recycelte Solarzelle hat die gleiche Effizienz wie die ursprüngliche. Die Solarzelle besteht aus Perowskit und das Hauptlösungsmittel ist Wasser.
Der Stromverbrauch wird in den kommenden Jahren voraussichtlich drastisch ansteigen, unter anderem durch die Entwicklung von KI und den Übergang zu elektrischem Transport. Damit der Wandel nicht den Klimawandel vorantreibt, müssen verschiedene nachhaltige Energiequellen zusammenwirken.
Solarenergie wird seit langem als vielversprechend angesehen, und Solarmodule auf Siliziumbasis sind seit über 30 Jahren auf dem Markt. Die Silizium-Solarmodule der ersten Generation sind jedoch am Ende ihres Lebenszyklus angelangt, was zu einem unerwarteten Problem geführt hat.
„Derzeit gibt es keine effiziente Technologie, um mit dem Abfall von Siliziummodulen umzugehen. 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 am selben Institut, fügt hinzu: „Wir müssen das Recycling bei der Entwicklung neuer Solarzellentechnologien berücksichtigen. Wenn wir nicht wissen, wie man sie recycelt, sollten wir sie vielleicht gar nicht erst auf den Markt bringen.“
Vermeiden Sie eine weitere Deponie
Eine der vielversprechendsten Technologien für Solarzellen der nächsten Generation sind Perowskite. Sie sind nicht nur relativ kostengünstig und einfach herzustellen, sondern auch leicht, flexibel und transparent. Dank dieser Eigenschaften können Perowskit-Solarzellen auf vielen verschiedenen Oberflächen angebracht werden, sogar auf Fenstern. Außerdem können sie bis zu 25 Prozent der Sonnenenergie in Elektrizität umwandeln, was mit den heutigen Silizium-Solarzellen vergleichbar ist.
„Es gibt viele Unternehmen, die Perowskit-Solarzellen jetzt auf den Markt bringen wollen, aber wir möchten eine weitere Deponierung 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 als Silizium-Solarzellen haben, ist es wichtig, dass das Recycling von Perowskit-Solarzellen effizient und umweltfreundlich ist. Perowskit-Solarzellen enthalten auch eine geringe Menge Blei, das für eine hohe Effizienz notwendig ist, was jedoch auch hohe Anforderungen an einen funktionierenden Recyclingprozess stellt.
Darüber hinaus gibt es in weiten Teilen der Welt gesetzliche Vorschriften, die die Hersteller dazu verpflichten, ausgediente Solarzellen auf nachhaltige Weise zu sammeln und zu recyceln.
Wasser als Lösungsmittel
Es gibt bereits Methoden zur Demontage von Perowskit-Solarzellen. Dabei wird meist eine Substanz namens Dimethylformamid verwendet, ein gängiger Bestandteil von Farblösungsmitteln. Sie ist giftig, umweltschädlich und potenziell krebserregend. Die Forscher aus Linköping haben nun stattdessen eine Technologie entwickelt, bei der Wasser als Lösungsmittel für die Demontage der abgebauten Perowskite verwendet werden kann. Und was noch wichtiger ist: Aus der Wasserlösung können hochwertige Perowskite 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 Einsatz in größerem Maßstab in einem industriellen Prozess zu entwickeln. Langfristig glauben sie, dass Perowskit-Solarzellen eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung spielen können, wenn die umgebende Infrastruktur und die Lieferketten vorhanden sind.
Die Studie wurde von der Knut und Alice Wallenberg-Stiftung, der Wallenberg-Initiative „Materials Science for Sustainability“, der Schwedischen Energieagentur und durch den strategischen Bereich der schwedischen Regierung für fortschrittliche Funktionsmaterialien, AFM, an der Universität Linköping finanziert. Die Forscher Xun Xiao, Niansheng Xu und Feng Gao haben Patente für die oben beschriebene Technologie angemeldet.
- Article: Aqueous based recycling of perovskite photovoltaics, Xun Xiao, Niansheng Xu, Xueyu Tian, Tiankai Zhang, Bingzheng Wang, Xiaoming Wang, Yeming Xian, Chunyuan Lu, Xiangyu Ou, Yanfa Yan, Licheng Sun, Fengqi You, Feng Gao; Nature (2025) Published online 12 February 2025. Doi: 10.1038/s41586-024-08408-7
