Solarzellen auf Mondglas – Photovoltaik könnte die Energie für eine zukünftige Basis auf dem Erdtrabanten liefern
Material in den Weltraum zu bringen, ist sehr teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Da liegt es nahe, die vor Ort vorhandenen Ressourcen zu nutzen. Zu diesem Zweck kombinierte ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, Mondregolith mit ultradünnem Perowskit, um effiziente Mond-Solarzellen herzustellen. Der vielversprechende hybride Ansatz könnte die einfache, skalierbare Fertigung von Solarzellen auf dem Mond ermöglichen, um zukünftige Mond-Habitate oder gar Städte mit Energie zu versorgen.
Bild: Sercan Özen
Zukünftige Mondsiedlungen werden viel Energie benötigen. Da der Mond keine Atmosphäre besitzt, ist die Sonne eine ideale Energiequelle für die Erzeugung von Strom aus Photovoltaik. In ihrer Studie erforschten Julian Mauricio Cuervo Ortiz von der Universität Potsdam und Juan Carlos Ginés Palomares von der TU Berlin mit Kolleginnen und Kollegen Mond-Solarzellen auf Perowskit-Basis, die Regolith – ein reichlich vorhandener Rohstoff auf dem Mond – als Träger der photoaktiven Schichten verwenden. Damit müssen bis zu 99 Prozent des Gewichts der Materialien, die zur Erzeugung von Solarzellen auf dem Mond erforderlich sind, nicht mehr dorthin transportiert werden. Die beiden Nachwuchswissenschaftler sind Erstautoren des Artikels, der am 3. April im Journal „Device“ erschien.
„Das Highlight unserer Studie ist, dass wir das benötigte Glas für unsere Solarzellen direkt und ohne Aufbereitungsprozesse aus dem Mondregolith gewinnen können“, sagt der Projektverantwortliche Felix Lang, der am Institut für Physik und Astronomie eine von der VolkswagenStiftung geförderte Freigeist-Nachwuchsgruppe leitet. „Außerdem ist das Verfahren skalierbar, um die Solarzellen mit wenig Ausrüstung und sehr geringem Energieeinsatz zu produzieren“, ergänzt er. Das neuartige Halbleitermaterial Perowskit hat den Vorteil, dass es aus einer Lösung gewonnen werden kann, formbar sowie besonders resistent gegenüber Strahlung, Licht- und Temperaturschwankungen ist, was auf der Mondoberfläche eine große Rolle spielt.
Mondregolith ist ein Lockermaterial aus zerbrochenem Gestein bis hin zu feinem Staub, das den kompletten Mond bedeckt und über Milliarden von Jahren durch Meteoriteneinschläge gebildet wurde. Es besteht hauptsächlich aus SiO2, Al2O3 und CaO mit geringen Anteilen an Metalloxiden. Basierend auf der Zusammensetzung von echten Mondproben der Apollo-Missionen wurde an der TU Berlin ein Regolith-Simulationspulver hergestellt. Schmilzt man es auf, so lässt sich daraus Glas herstellen. Da der Regolith je nach Mondregion unterschiedlich zusammengesetzt ist, kann das Glas heller oder dunkler gefärbt sein. Dementsprechend ist es mehr oder weniger durchlässig für Sonnenlicht.
Die von den Forschenden getesteten Solarzellen haben einen geschichteten Aufbau, wobei die Substrat- und Deckschicht aus Mondglas besteht und die dazwischenliegende Schicht aus Perowskit. „Diese Solarzellen benötigen nur 500 bis 800 Nanometer dünne Halbleiterschichten, somit könnte man mit einem Kilogramm Perowskit-Rohmaterial von der Erde 400 Quadratmeter Solarzellen auf dem Mond herstellen“, fasst Lang zusammen. Dennoch war die Entwicklung der ersten Mond-Perowskit-Solarzelle schwierig: „Am Anfang war es unklar, ob wir diese in ausreichender Qualität auf unreinem Regolith-Mondglas herstellen können“, sagt er und hebt die erstaunliche Stabilität der hergestellten Solarzellen gegenüber Weltraumstrahlung hervor – eine wesentliche Voraussetzung für eine stabile Energieversorgung auf dem Mond.