Solarzellen aus Mondstaub

Konkrete Pläne für eine dauerhafte Forschungsstation auf dem Mond gibt es noch nicht. Dennoch suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schon nach Methoden, um Baustoffe, Wasser und Energie direkt dort zu gewinnen. Einen wichtigen Beitrag hierfür könnten Solarzellen leisten. In der Fachzeitschrift „Device“ stellen Forschende nun Prototypen vor, deren Deckgläser aus Materialien hergestellt haben, die auch auf dem Mond vorkommen.

Ein entscheidender Baustein für Solarzellen ist Glas. Es kommt sowohl als Trägermaterial für die photovoltaisch aktiven, dünnen Lagen als auch als abdeckende Schutzschicht zum Einsatz. Das Team um Felix Lang von der Universität Potsdam hatte nun die Idee, das Glas direkt auf dem Mond zu produzieren. Denn dann müsste für Solarmodule deutlich weniger Material zum Mond transportiert werden, nämlich nur hauchdünne elektrisch leitfähige und photovoltaisch aktive Schichten.

Um die Machbarkeit ihrer Idee zu belegen, mischten die Forschenden ein Material namens Regolith, das auf dem Mond gefundenem Staub gleicht. Es besteht hauptsächlich aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Kalziumoxid. Bei 1550 Grad Hitze – einer Temperatur, die mit einem Sonnenofen auch auf dem Mond erreichbar ist – schmolzen sie ihren künstlichen Mondstaub. Daraus entstanden wenige Millimeter dünne Glasschichten. Auf dieses Glas lagerten sie extrem dünne Schichten aus einem sogenannten Perowskitmaterial und weitere elektrisch leitfähige Materialien ab. Als Abdeckung verwendeten sie wieder das Glas aus den imitierten Mondmineralien, um die Solarzelle vor intensiver Strahlung zu schützen.

Vielversprechender Wirkungsgrad und Schutz vor Strahlung

Vision der künftigen Solarzellenherstellung auf dem Mond

Mit hochreinen Gläsern auf der Erde erreichen solche Solarzellen Wirkungsgrade von 16 bis 20 Prozent. Mit dem etwas weniger lichtdurchlässigen Mondgläsern wandelten die Solarzellen immerhin noch 8 bis 10 Prozent des Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Zudem zeigten sich diese Solarzellen als sehr widerstandsfähig gegen Strahlung, wie sie im Kosmos auftritt. So könnten die auf dem Mond gefertigten Solarmodule mehrere Jahre zuverlässig Strom produzieren. Lang und sein Team halten es außerdem für möglich, den Wirkungsgrad mit optimierten Fertigungsmethoden und durchsichtigeren Mondgläsern zukünftig auf bis zu 23 Prozent zu steigern.

Glas für Solarzellen direkt auf dem Mond herzustellen, spare für einen Transport per Rakete bis zu 99 Prozent an Nutzlast und so Kosten von etwa einer Million Euro pro Kilogramm ein, so das Forschungsteam. Nach ersten Berechnungen würde es dann für ein Solarkraftwerk mit etwa drei Megawatt Leistung genügen, etwa drei Tonnen Material mit Raketen zum Mond zu transportieren. Das liefere dann genug Strom für eine Mondbasis mit etwa 200 Personen.