Promotionsstipendium: Lea Obermüller

In Hinblick auf die globale Klimakrise und Überschreitung der planetaren Belastungsgrenzen ist der Ausbau erneuerbarer Energien unabdingbar, insbesondere der Solarenergie. Perowskit-Tandem-Solarzellen versprechen deutlich höhere Wirkungsgrade als die aktuell dominierende Siliziumtechnologie. Angesichts der notwendigen Installation von 2-5 TWp pro Jahr und dem entsprechend hohem Ressourcenverbrauch stellen sich Nachhaltigkeitsanforderungen, die bei der Energiewende unbedingt berücksichtigt werden müssen. Die heutige Forschungslandschaft der Perowskit-Solarzellen scheint die Nachhaltigkeitsaspekte wenig handlungs- und designleitend zu berücksichtigen. Stattdessen werden Hocheffizienzsolarzellen meistens erst nach ihrer Konzeption in Lebenszyklusanalysen auf ihre Nachhaltigkeit geprüft. Bestimmte Aspekte werden hier nur sehr vereinzelt berücksichtigt, insbesondere Aspekte der sozialen Nachhaltigkeit. Um als nachhaltig zu gelten, muss eine Technologie jedoch die Bedürfnisse der gegenwärtigen Generation befriedigen ohne die Lebensgrundlage zukünftiger Generationen zu beeinträchtigen.

Ziel dieses Promotionsvorhabens ist es, technische Entwicklung und Nachhaltigkeit zusammen zu denken und in die Praxis zu überführen. Auf bestehenden Nachhaltigkeitsanalysen aufbauend sollen zusätzlich bis jetzt wenig beachtete Aspekte untersucht werden, mit dem Ziel eine nachhaltige Solarzelle mit höchstem Energieertrag zu entwickeln.

Dabei soll im Wesentlichen in zwei Schritten vorgegangen werden, welche einen iterativen Prozess bilden:

• Nachhaltigkeitsbewertung der vier Etappen des Lebenszyklus einer Perowskit-Solarzelle: Rohstoffabbau, Herstellung der Solarzelle, Operation und End-of-Life. Die Nachhaltigkeitskriterien umfassen Aspekte die aus den UN-Zielen für nachhaltige Entwicklung, den planetarischen Leitplanken des Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderung, sowie globalpolitischen Aspekten und Gesetzen abgeleitet werden. Eine Methode zu Bewertung und Gewichtung der Kriterien muss erarbeitet werden. Dies soll anhand der Analyse von bestehender Literatur erfolgen. Einzelaspekte werden umfassenderer Recherche bedürfen (zum Beispiel die Möglichkeit einer europäischen Wertschöpfungskette).
• Realisierung von Hochertragssolarzellen (Tandem und/oder Bifazial), welche die Nachhaltigkeitskriterien erfüllen. Dabei kann teilweise auf parallel erfolgende Technologieentwicklung zurückgegriffen werden. Schon jetzt ist absehbar, dass Solarzellen ohne Indium und Gold realisiert werden müssen, weil dafür nicht ausreichend Ressourcen zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse aus der Nachhaltigkeitsstudie sowie Wirkungsgrad und Lebensdauer sollen zu einem insgesamten Optimum zusammengeführt und in der Praxis umgesetzt werden.

Das unmittelbare Zusammendenken von Nachhaltigkeit und Solarzellentwicklung hat den Vorteil, dass praktische Probleme frühzeitig identifiziert werden können und eine nachhaltige Alternative gesucht werden kann, wenn sich zum Beispiel bestimmte wesentliche Materialien als nicht nachhaltig erweisen bzw. nachhaltige Solarzellenkonzepte (oder Prozesse) in der Umsetzung nicht funktionieren. Dafür ist die Nutzung eines breiten Technologieportfolios notwendig und die Erweiterung des technologischen Möglichkeitsraums beispielsweise durch Lamination und alternative Abscheidungsprozesse von Vorteil.