Die meisten Satelliten beziehen ihre Energie aus Solarzellen. Je höher deren Wirkungsgrad ist und je langlebiger sie sind, desto länger kann ein Satellit aktiv bleiben. Das Institut für Photovoltaik (IPV) und das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart forschen an Solarzellen, die den Betrieb von Satelliten wirtschaftlicher machen könnten.
Das bisher für Solarzellen von Satelliten verwendete Galliumarsenid könnte künftig durch eine andere Materialklasse ersetzt werden: Perowskite. Die Metallhalogenid-Verbindungen werden auch für Solarzellen auf der Erde als Alternative oder Ergänzung zu Siliziumzellen gehandelt.
Perowskit-Zellen haben eine viel dünnere aktive Schicht als Zellen aus Halbleitermaterialien. Das wirkt sich auf die gewichtsspezifische elektrische Leistung aus, die im Vergleich zu Galliumarsenid etwa 10 mal so hoch ist. Perowskit-Solarzellen erreichen 30 W pro Gramm.
Heutige Solarzellen aus Halbleitermaterialien entstehen in einem aufwendigen und damit teuren Herstellungsprozess auf Wafern. Mit Perowskiten dagegen geht es viel einfacher. Sie lassen sich als Lösung auf ein Trägermaterial auftragen, beim anschließenden Trocknen verdampft das Lösungsmittel – zurück bleibt die gewünschte Schicht.
Perowskit-Solarzellen lassen auf Folien auftragen und zusammenrollen. Ein Satellit mit Perowskit-Zellen wäre also nicht nur leichter, sondern hätte beim Start auch kleinere Dimensionen – für den Weg des Satelliten in seine Umlaufbahn ein Vorteil: Je weniger ein Satellit wiegt, desto kostengünstiger ist sein Start.
Der Forschung zu diesen leichten Solarzellen für den Weltraum haben sich IPV und IRS mit dem Projekt PÆROSPACE verschrieben. Ziel ist es, geeignete Perowskit-Solarzellen für den Weltraum zu finden. Das IPV bekam 2022 dafür eine Anschubfinanzierung in Höhe von 50.000 Euro über das Forschungsförderprogramm „Terra incognita“ der Universität Stuttgart. Das Programm soll helfen, mit interdisziplinären Ansätzen bisher undefinierte Forschungsfelder zu erschließen und Pionierforschung zu ermöglichen. Der Start eines ersten Test-Satelliten ist für 2025 geplant.
Bild oben: Weltraumsatellit in der Umlaufbahn der Erde. Elemente dieses Bildes wurden von der NASA zur Verfügung gestellt. (Quelle: Depositphotos)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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