Solarzellen aus Mondstaub

Potsdam - Konkrete Pläne für eine dauerhafte Forschungsstation auf dem Mond gibt es noch nicht. Dennoch suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach Methoden, um Baustoffe für Gebäude oder auch Wasser direkt auf dem Erdtrabanten gewinnen zu können. Deutsche und italienische Forschende haben nun Solarkraftwerke im Blick, die die Energieversorgung einer zukünftigen Mondstation sichern könnten. Für die schwersten Teile der dazu nötigen Solarzellen wollen sie Mineralien von der Mondoberfläche nutzen. In der Fachzeitschrift „Device“ stellen sie erste Solarzellen vor, deren Glasschichten sie aus solchen auf dem Mond verfügbaren Rohstoffen hergestellt haben.

Der Vorteil dieser Idee: Wenn möglichst viel Material vom Mond genutzt wird, muss es nicht erst aufwendig von der Erde quasi importiert werden. Damit ließen sich die hohen Kosten für einen Transport per Rakete – etwa eine Million Euro pro Kilogramm Nutzlast – minimieren. Das Team um Felix Lang von der Universität Potsdam fokussierte sich auf Glas, das sich sowohl als Trägermaterial für die photovoltaisch aktiven, dünnen Lagen als auch als abdeckende Schutzschicht eignet. Wenn sich dieses Glas direkt auf dem Mond produzieren ließe, könnte nach ihren Abschätzungen bis zu 99 Prozent an Nutzlast eingespart werden. Statt ganzer Solarmodule müsste dazu deutlich weniger Material – hauchdünne elektrisch leitfähige und photovoltaisch aktive Schichten – zum Mond transportiert werden.

Um die Machbarkeit ihrer Idee zu belegen, mischten die Forschenden ein so genanntes Regolith-Material, das in seiner Zusammensetzung genau dem in manchen Hochlagen gefundenen Mondstaub gleicht. Dieses Material besteht hauptsächlich aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Kalziumoxid. Bei 1550 Grad Hitze – einer Temperatur, die auch auf dem Mond mit einem Sonnenofen erreicht werden kann – schmolzen sie ihren synthetischen Mondstaub und erhielten wenige Millimeter dünne Glasschichten. Auf dieses Glas deponierten sie extrem dünne Lagen aus einem kristallienen Perowskit-Material und weitere elektrisch leitfähige Schichten. Als Abdeckung, die die Solarzelle vor intensiver Strahlung schützte, wählten sie wieder ihr synthetisches Mondglas.

Mit hochreinen Gläsern auf der Erde erreichen solche Perowskit-Solarzellen Wirkungsgrade von 16 bis 20 Prozent. Mit dem etwas weniger lichtdurchlässigen Mondglas wandelten die Solarzellen immerhin noch acht bis zehn Prozent des Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Zudem zeigten sich diese Solarzellen als sehr widerstandsfähig gegenüber einer simulierten kosmischen Strahlung. So könnten die auf dem Mond gefertigten Solarmodule durchaus mehrere Jahre zuverlässig Strom produzieren.

Lang und sein Team halten es für möglich, die Wirkungsgrade mit optimierten Fertigungsmethoden und durchsichtigeren Mondgläsern noch weiter auf bis zu 23 Prozent Wirkungsgrad steigern zu können. Höchstwerte wie auf der Erde müssen allerdings gar nicht erreicht werden. Denn sowohl intensive Sonnenstrahlung als auch Platz stehen auf dem Mond reichlich zur Verfügung. Nach ersten Berechnungen würde es für ein Mond-Solarkraftwerk mit drei Megawatt Leistung genügen, etwa drei Tonnen Material mit Raketen zu transportieren. Das entpricht einem Bruchteil der Nutzlast von bereits vollständigen Solarmodulen, die von der Erde zum Mond geschickt werden könnten. Eine solches Solarkraftwerk soll genug Strom für eine Mondbasis mit etwa 200 Mondfahrern.