Bananenaroma ersetzt giftige Chemikalie bei Solarzellen

Der Duft einer reifen Banane steigt in die Nase. Er erinnert uns an sommerliche Eisbecher oder frisch gebackenes Bananenbrot. Verantwortlich dafür ist unter anderem ein Stoff namens Isoamylacetat, der natürlich in der Banane vorkommt. Die Lebensmittelindustrie verwendet ihn als Aroma für Fruchtgummis, Jogurt oder Bonbons. Forschende aus Dresden haben nun eine ganz andere Verwendung dafür gefunden. Sie stellen damit Solarzellen her.

Es geht um sogenannte Perowskit-Solarzellen. Sie bestehen unter anderem aus einer hauchdünnen Kristallschicht, die Sonnenlicht in Strom umwandelt. Solche Solarzellen gelten als vielversprechend, weil sie sich vergleichsweise einfach und günstig herstellen lassen könnten. Doch dabei gibt es ein Problem. Für die Produktion werden bislang häufig gesundheitsschädliche Lösungsmittel gebraucht.

Eins davon heißt Dimethylformamid, kurz DMF. Darin werden Stoffe gelöst, aus denen später die dünne Schicht der Solarzelle entsteht. DMF kann unter anderem ungeborene Kinder im Mutterleib schädigen. Deshalb gelten in der Europäischen Union seit Ende 2023 strengere Vorschriften für den Umgang mit der Chemikalie am Arbeitsplatz.

Der Computer sucht nach Ersatz

Forschende suchen schon länger nach weniger schädlichen Alternativen. Meist probieren sie dafür verschiedene Flüssigkeiten im Labor aus. Ein Team der Technischen Universität Dresden (TUD) und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) hat gemeinsam mit der Universidad Nacional del Sur in Argentinien einen anderen Weg gewählt.

Die Wissenschaftler entwickelten ein Verfahren, mit dem sich geeignete Lösungsmittel am Computer vorhersagen lassen. Dafür kombinierten sie mehrere Rechenmodelle. Diese helfen einzuschätzen, wie gut sich bestimmte Stoffe in einer Flüssigkeit lösen und ob sie sich für die Herstellung der Solarzellen eignet.

Ausgangspunkt waren 1.268 mögliche Lösungsmittel. Nach mehreren Prüfschritten blieben fünf übrig, die das Team im Labor testete. Darunter waren Stoffe, die vor allem in der Lebensmittel- und Parfümindustrie verwendet werden.

Bislang habe es keinen systematischen Ansatz gegeben, um nach weniger schädlichen Lösungsmitteln für die Herstellung von Solarzellen zu suchen, erklärt Prof. Yana Vaynzof. "Das hat uns dazu veranlasst, zu überlegen, ob wir die Suche nach geeigneten Lösungsmitteln nicht komplett neu überdenken sollten." Vaynzof leitet das Institut für Neuartige Elektroniktechnologien am IFW Dresden und hat eine Professur an der TU Dresden.

Solarzellen mit Bananenaroma bestehen den Test

Die beste Solarzelle, die mit Isoamylacetat hergestellt wurde, wandelte 23,2 Prozent des einfallenden Sonnenlichts in Strom um. Eine Vergleichszelle mit dem herkömmlichen Lösungsmittel DMF erreichte 22,4 Prozent. Im Durchschnitt lagen die Leistungen ähnlich hoch.

Die Forschenden konnten damit zeigen, dass sich DMF ersetzen lässt, ohne dass die Solarzellen deutlich an Leistung verlieren. Ganz ohne weitere Lösungsmittel funktioniert die Herstellung allerdings nicht. Das ebenfalls verwendete DMSO gilt jedoch als wesentlich weniger bedenklich.

Bis solche Solarzellen in großen Mengen produziert werden können, ist aber noch einiges zu tun. Die besonders leistungsfähigen Zellen waren nur wenige Quadratmillimeter groß. Erste Versuche mit größeren Zellen gab es bereits. Allerdings wandelten sie weniger Sonnenlicht in Strom um. Ob das Verfahren auch in Fabriken funktioniert, muss sich erst zeigen.

Hinzu kommt ein weiteres Umweltproblem. Die untersuchten Perowskit-Solarzellen enthalten weiterhin Blei. Weniger schädliche Lösungsmittel allein machen die Technik also noch nicht umweltfreundlich.

Als Nächstes wollen die Dresdner Forschenden untersuchen, ob sich die neuen Lösungsmittel auch beim Recycling der Solarzellen nutzen lassen. Ihr Rechenverfahren könnte außerdem bei der Herstellung anderer elektronischer Bauteile helfen. Denn auch dort werden Stoffe verarbeitet, für die bislang problematische Lösungsmittel gebraucht werden.


Originalpublikation:
Jose Roberto Bautista-Quijano, Herman Heffner, Vladimir Shilovskikh, Boris Rivkin, Ignacio López-Corral, Yana Vaynzof; A predictive approach for fabricating efficient perovskite solar cells using green solvents. Energy Environ. Sci. 2026.