Einführung

Dieses Mal erklären wir etwas über „Perowskit-Solarzellen“.
Es gibt derzeit eine Technologie, die das Potenzial hat, die Zukunft der Energie dramatisch zu verändern.
Dies ist die „Perowskit-Solarzelle“.
Gemäß der im November 2024 vom Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie verkündeten „ Strategie für Solarzellen der nächsten Generation “ ist das Ziel, bis 2040 20 GW (entspricht der Leistung von 20 Kernkraftwerken) an Perowskit-Solarzellen einzuführen.

Hintergrund hierfür ist ein Gefühl der Krise angesichts der aktuellen Situation, in der China die Führungsrolle bei der Solarenergieerzeugung innehat und Japan als wichtiger Jodproduzent geopolitische Vorteile besitzt.
In diesem Artikel werden wir die Innovationen der Perowskit-Technologie erläutern, die vor diesem Hintergrund zunehmend Aufmerksamkeit erregt, sowie ihre Bedeutung als nationale Strategie.

Was sind Perowskit-Solarzellen?

Perowskit-Solarzellen sind Solarzellen, die ein Material mit kristalliner Struktur namens Perowskit als Lichtabsorptionsschicht verwenden. Ihre bemerkenswerten Eigenschaften sind folgende:

Hohe Effizienz

Laut dem neuesten Bericht des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology wurde für Einfachsolarzellen ein Wirkungsgrad von 26,7 % erreicht, der nahe am theoretischen Grenzwert liegt, und für Mehrfachsolarzellen wurde ein Wirkungsgrad von 28,7 % erreicht.
„ Die Universität Kyoto und andere realisieren eine Tandem-Photovoltaikzelle aus reinem Perowskit “

Niedrige Kosten

Durch die Verwendung von Drucktechnologie (Spin-Coating-Verfahren) können sie angeblich bei niedrigeren Temperaturen und in kürzerer Zeit als Silizium-Solarzellen hergestellt werden.

Flexibilität und Leichtigkeit

Mit einer Dicke von weniger als 1 μm und filmartiger Flexibilität erhöht es die Flexibilität der Installationsorte erheblich, beispielsweise auf Glas, Außenwänden und Kleidung.

Japans geopolitischer Vorteil und seine Energiesicherheit

Japan ist der zweitgrößte Produzent von Jod, einem der wichtigsten Rohstoffe für Perowskit-Solarzellen, und deckt etwa 30 % der weltweiten Produktion ab.
Unter diesen ist Jod aus Sole aus Gasfeldern in der Präfektur Chiba eine wichtige Ressource, die etwa 80 % der heimischen Produktion ausmacht.

China produziert den Großteil des weltweit benötigten hochreinen Siliziums, dem Rohstoff für Siliziumsolarzellen, und Versorgungsrisiken waren schon immer ein Grund zur Sorge. Dieses Risiko betrifft nicht nur Japan, sondern Länder weltweit.
Im Gegensatz dazu stellt die Tatsache, dass einige der wichtigsten Rohstoffe für Perowskit-Solarzellen kontinuierlich in Japan beschafft werden können, einen wichtigen Schritt hin zu lokaler Energieerzeugung und lokalem Energieverbrauch dar.

Da zudem bestehende Chemieanlagen umgenutzt werden können, kann die Produktion auch im unwahrscheinlichen Fall einer Unterbrechung der internationalen Lieferketten fortgesetzt werden, was im Hinblick auf die Energiesicherheit als äußerst bedeutsam angesehen wird.

Inländische Lieferketten und Schaffung von Arbeitsplätzen

Die breite Verwendung von Perowskit-Solarzellen wird voraussichtlich nicht nur technologische Innovationen mit sich bringen, sondern auch dazu beitragen, eine autarke Lieferkette innerhalb Japans aufzubauen und neue Beschäftigungsmöglichkeiten zu schaffen.

Viele der für die Herstellung benötigten Materialien können im Inland beschafft werden, und die Anlagen bestehender Chemieanlagen und Elektronikteilefabriken können umgenutzt werden, sodass die Grundlage für die Ausrüstungsindustrie bereits im Inland vorhanden ist.

Gemäß der im November 2024 vom Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie veröffentlichten „ Strategie für Solarzellen der nächsten Generation “ wird bei einer breiten Massenproduktion von Perowskit-Solarzellen bis 2030 mit einer Beschäftigung in den folgenden Bereichen gerechnet.

• Chemische Industrie: über 30.000 Beschäftigte
• Bauindustrie – Montage und Bau: Über 40.000 Beschäftigte
• Konservative Vermögensverwaltung: Über 20.000 Mitarbeiter

Darüber hinaus wurden auch in ländlichen Gebieten Anstrengungen zur Schaffung von Arbeitsplätzen unternommen. So laufen beispielsweise in der Region Tohoku Bestrebungen zur Einrichtung von Ausbildungszentren für Ingenieure im Bereich des Baus von Kraftwerksanlagen.

Das Potenzial von Tandem-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen sind bereits für sich genommen hocheffizient, ihre Umwandlungseffizienz kann jedoch durch das Stapeln mit Silizium-Solarzellen in einer „Tandem“-Konfiguration weiter gesteigert werden.
In diesem Fall soll die theoretische Grenze bei maximal 43 % liegen (Quelle: PR TIMES (Toshiba Infrastructure Systems) ), und wenn die praktische Anwendung Fortschritte macht, könnte dies die bisherige Auffassung über Solarzellen grundlegend verändern.

Beispiele für Initiativen inländischer Unternehmen

Auch einheimische Unternehmen werden aktiv. Laut einer offiziellen Mitteilung von Sekisui Chemical strebt das Unternehmen an, bis 2027 ein Massenproduktionssystem mit einer Kapazität von 100 MW pro Jahr zu errichten.
Toshiba hat bei Demonstrationsversuchen mit seinen Tandem-Solarzellen einen Wirkungsgrad von über 31 % erreicht und arbeitet derzeit an der Kommerzialisierung.

Zusammenfassung

Perowskit-Solarzellen sind eine seltene Energietechnologie, die mehrere Vorteile vereint, wie geringes Gewicht, Flexibilität, hohe Effizienz und niedrige Kosten, und Japan kann in allen Aspekten des Prozesses eine führende Rolle einnehmen, von der Rohstoffbeschaffung über die Herstellung bis hin zur Installation.

Aus dem Verlust der Führungsrolle Japans im Halbleitersektor muss gelernt werden, dass eine strategische Förderung der Solarenergie erforderlich ist, die auf heimischer Produktion und dem Schutz geistigen Eigentums basiert. Das Regierungsziel, bis 2040 20 GW zu installieren, ist nur der erste Schritt.

Perowskit-Solarzellen sind nicht nur eine technologische Innovation; sie stellen auch eine Chance für eine „Industrielle Revolution der Reiwa-Ära“ dar, die Japans Energiesicherheit und industrielle Wiederbelebung unterstützen wird.