Veröffentlicht am: 13. März 2025 / Update vom: 13. März 2025 – Verfasser: Konrad Wolfenstein
Neue Super-Solarzellen (Perowskit) sollen Japans Energiewende beschleunigen – Japans Solarstrategie mit Sekisui Chemical – Bild: Xpert.Digital
Energietechnologie der Zukunft: Japans Durchbruch mit Perowskit-Zellen
Fortschrittliche Solarenergie: Japans Weg zur Energiewende
Japan macht bedeutende Fortschritte in der Solarenergietechnologie mit der Entwicklung von Perowskit-Solarzellen (PSCs), die das Potenzial haben, die Energielandschaft des Landes grundlegend zu verändern. Diese innovative Technologie soll nicht nur Japans ambitionierte Klimaziele unterstützen, sondern auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Atomkraft reduzieren. Mit flexiblen, leichten und hocheffizienten Eigenschaften könnten diese Super-Solarzellen bis 2040 eine Stromerzeugungskapazität erreichen, die 20 Atomreaktoren entspricht, und damit einen entscheidenden Beitrag zur japanischen Energiewende leisten.
Die revolutionäre Perowskit-Technologie
Perowskit-Solarzellen unterscheiden sich grundlegend von herkömmlichen Solarzellen und versprechen eine Revolution in der Art und Weise, wie Solarenergie genutzt wird. Im Gegensatz zu traditionellen Silizium-basierten Solarpaneelen zeichnen sich PSCs durch ihre hohe Anpassungsfähigkeit, ihr geringes Gewicht sowie ihre Biegsamkeit und Flexibilität in der Herstellung aus. Diese Eigenschaften machen sie besonders wertvoll für die dicht besiedelte japanische Umgebung, wo herkömmliche Solarpaneele aufgrund der begrenzten verfügbaren Fläche oft unpraktisch sind.
Die Vielseitigkeit der Perowskit-Solarzellen eröffnet völlig neue Anwendungsmöglichkeiten. Dank ihrer halbdurchsichtigen und leichten Bauweise können sie an Gebäudewänden und Fenstern, auf Autodächern und an Straßenlaternen installiert werden, sodass diese Flächen zur Energiegewinnung genutzt werden können. Diese Flexibilität ist besonders wichtig in Städten mit begrenztem Raum, wo die Maximierung der Energieerzeugung ohne zusätzlichen Flächenbedarf von entscheidender Bedeutung ist.
In Bezug auf die Effizienz haben Perowskit-Solarzellen beeindruckende Fortschritte gemacht. Ihr Wirkungsgrad liegt mit 26,1 Prozent inzwischen auf dem Niveau traditioneller Silizium-Einzelkristallpaneele, mit einer weiter steigenden Tendenz, während die Siliziumtechnologie weitgehend ausgereizt scheint. Besonders vielversprechend ist die Möglichkeit, PSCs in Kombination mit Silizium-Paneelen einzusetzen, wodurch sich der Wirkungsgrad aktuell auf über 35 Prozent steigern lässt. Zudem ermöglicht die Flexibilität von PSCs den Aufbau von Hybridsystemen aus Wind- und Solarenergieanlagen, die die Effizienz erneuerbarer Energien weiter verbessern können.
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Japans strategischer Vorteil durch Iodproduktion
Ein wichtiger Aspekt, der Japans Position in der Entwicklung von Perowskit-Solarzellen stärkt, ist seine Rolle als zweitgrößter Iodproduzent der Welt. Iod ist ein notwendiger Bestandteil bei der Herstellung von Perowskit-Solarzellen. Diese Ressourcenposition ermöglicht Japan den Aufbau einer unabhängigen Lieferkette und bietet vielversprechende Entwicklungsmöglichkeiten für die heimische Industrie. Durch die Nutzung dieser natürlichen Ressource könnte Japan eine großteils vom Ausland unabhängige Produktionskette schaffen, um die gewaltige Menge an benötigten Perowskit-Solarzellen herzustellen.
Japans ambitionierter Solarplan
Die japanische Regierung hat einen ehrgeizigen Plan zur Nutzung der Perowskit-Technologie vorgelegt. Das Land strebt an, bis zum Fiskaljahr 2040 eine Solarkapazität von 20 Gigawatt zu installieren, was der Leistung von etwa 20 Atomreaktoren entspricht. Mit dieser Kapazität könnte Japan nicht nur seine aktiven Atomreaktoren stilllegen, sondern auch den Bau neuer Kernkraftwerke vermeiden, um den zukünftigen Energiebedarf zu decken, wenn Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen abgeschaltet werden.
Diese Initiative ist Teil eines umfassenderen Energieplans. Die japanische Regierung hat am 13. März 2025 den Entwurf einer grundlegenden Energiepolitik fertiggestellt, die darauf abzielt, den Anteil erneuerbarer Energien am Strommix bis zum Jahr 2040 auf bis zu 50 Prozent zu erhöhen, um den steigenden Strombedarf zu decken. Im Oktober 2021 hatte Japan bereits seinen Energieplan erneuert, wobei die erneuerbaren Energien die Hauptgewinner waren. Der sechste “Strategic Energy Plan” nennt zum ersten Mal das Ziel, Sonnen-, Wind- und Wasserkraft sowie Biomasse ab 2030 als die wichtigsten Quellen für die Energieerzeugung in Japan zu etablieren, mit einem geplanten Anteil von 36 bis 38 Prozent am Energiemix.
Die treibende Rolle von Sekisui Chemical
Ein zentraler Akteur bei der Umsetzung von Japans Solarstrategie ist das Unternehmen Sekisui Chemical. Mit Unterstützung der Development Bank of Japan (DBJ) hat Sekisui Anfang 2025 ein neues Unternehmen gegründet, das Perowskit-Solarzellen unter Sekisui Chemicals Lizenz entwickeln, herstellen und verkaufen wird. Die Gesamtkosten des Projekts werden auf über 310 Milliarden Yen (1,97 Milliarden Dollar) geschätzt, wobei die Hälfte der Finanzierung durch staatliche Zuschüsse erfolgt.
Sekisui plant eine stufenweise Investitionsstrategie, beginnend mit 90 Milliarden Yen für den Bau einer 100-Megawatt-Produktionslinie bis 2027, gefolgt von einer Produktionslinie der Gigawatt-Klasse bis 2030. Für dieses Vorhaben wird das Unternehmen Anlagen im Sharp-Werk in Sakai im Westen Japans kaufen und nutzen. Ziel ist es, bis zum Fiskaljahr 2030 eine Kapazität zur Fertigung neuartiger Zellen wie vor allem Perowskit-Solarzellen von 1 Gigawatt pro Jahr zu erreichen.
Das Unternehmen hat bereits klare Anwendungsbereiche für seine Technologie definiert: “Wir wollen die leichten und flexiblen Eigenschaften des Systems nutzen, um seine Anwendung vor allem im öffentlichen Sektor zu fördern, z.B. in Sporthallen, die bei Katastrophen als Evakuierungszentren dienen”, so das Unternehmen. Langfristig plant Sekisui, das Geschäft auszuweiten, indem die Kosten durch Massenproduktion gesenkt werden und gleichzeitig die Nachfrage angekurbelt wird, mit Schwerpunkt auf Dächer und Außenwände von Fabriken und Lagerhäusern im privaten Sektor.
Investitionen und Produktionspläne
Sekisui Chemical plant, bis 2030 eine Fertigungskapazität von 1 Gigawatt pro Jahr für Perowskit-Solarzellen aufzubauen. Das Unternehmen wird dafür insgesamt rund 2 Milliarden US-Dollar investieren, wobei die japanische Regierung die Hälfte der Kosten übernimmt.
Der erste Schritt ist die Errichtung einer Produktionslinie mit einer Kapazität von 100 Megawatt pro Jahr von 2025 bis 2027. Hierfür investiert Sekisui Chemical 90 Milliarden Yen (etwa 570 Millionen US-Dollar) und nutzt Teile eines ehemaligen Sharp-Werks in Osaka.
Staatliche Unterstützung und Partnerschaften
Die japanische Regierung unterstützt das Projekt aktiv:
- Das Wirtschaftsministerium hat Sekisui Chemical einen Förderbescheid im Rahmen des Programms zum Ausbau von Lieferketten für die grüne Transformation erteilt.
- Die staatliche Development Bank of Japan (DBJ) ist mit 14% an dem neu gegründeten Unternehmen Sekisui Solar Film beteiligt, das die Fertigung aufbauen wird.
Technologie und Anwendungen
Sekisui Chemical spezialisiert sich auf das Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Herstellung dünner, flexibler Perowskit-Solarzellen. Die aktuellen Eigenschaften der Zellen sind:
- Wirkungsgrad: 15%
- Haltbarkeit: 10 Jahre
- Rollenbreite: 30 Zentimeter
Zukünftige Ziele sind ein Wirkungsgrad von 20% und eine Haltbarkeit von 20 Jahren. Die leichten und flexiblen Solarzellen sollen zunächst auf Dächern öffentlicher Gebäude, wie Turnhallen, installiert werden. Später sind Anwendungen auf Dächern und Wänden von Fabriken und Lagerhäusern geplant.
Langfristige Ziele
Die japanische Regierung strebt an, dass bis 2040 neuartige Solarzellen mit einer Leistung von etwa 20 Gigawatt zur Stromerzeugung beitragen. Sekisui Chemical plant, eine zentrale Rolle bei der Erreichung des Regierungsziels zu spielen, bis 2030 eine Gigawatt-Produktion zu etablieren.
Durchbruch bei Perowskit-Solarzellen: Günstiger und langlebiger denn je
Trotz des enormen Potenzials stehen Perowskit-Solarzellen noch vor einigen Hindernissen. Die im Vergleich zu Silizium stark begrenzte Haltbarkeit und die hohen Anfangskosten sind zwei der größten Herausforderungen für PSCs. Allerdings verbessert sich die Technologie stetig, und Forscher arbeiten an Lösungen wie verbesserter Passivierungstechnologie und stabileren Materialkombinationen.
Ein bemerkenswerter Fortschritt wurde 2024 erzielt, als ein chinesischer Hersteller erstmals kommerzielle Perowskit-Zellen präsentierte, die 12 Jahre ohne Leistungsabfall arbeiten sollen, wobei der Hersteller immerhin zehn Jahre Garantie gibt. Für einen Zeitraum von 25 Jahren soll der Leistungsabfall nicht plötzlich, sondern linear erfolgen, was die Planbarkeit verbessert.
Auch bei den Kosten zeichnet sich eine positive Entwicklung ab. Prognosen gehen davon aus, dass die Kosten in Japan von aktuell 20 Yen (ca. 12 Eurocent) bis 2040 auf 10 Yen (ca. sechs Eurocent) pro Watt sinken werden. Diese Kostensenkung wird die Wettbewerbsfähigkeit der Technologie weiter steigern und ihre breite Anwendung fördern.
In Deutschland hat der Physiker Felix Lang eine bemerkenswerte Eigenschaft von Perowskit-Halbleitern entdeckt: ihre Selbstheilungskräfte. Diese Entdeckung könnte die Lebensdauer von Perowskit-Solarzellen erheblich verlängern und zur Verbesserung von Solarzellen und Röntgengeräten beitragen, mit Anwendungen sowohl auf der Erde als auch im Weltraum.
Japans solare Renaissance
Japan war einst Weltmarktführer in der Produktion von Solarmodulen, doch der Marktanteil ist aufgrund der Konkurrenz chinesischer Hersteller auf unter ein Prozent gefallen. Mit der PSC-Technologie will Japan perspektivisch wieder eine stärkere Position auf dem globalen Markt einnehmen. Dies erinnert an die Zeit nach der Ölkrise von 1973, als der öffentliche und private Sektor Japans gemeinsam an der Forschung und Entwicklung erneuerbarer Energien arbeiteten, und der Weltmarktanteil für Solarpaneele zeitweise bei über 50% lag, bevor er durch chinesische Unternehmen mit niedrigeren Preisen überholt wurde.
Seit der Atomkatastrophe in Japan im März 2011 hat sich die Solarenergieszene des Landes rasant entwickelt. Heute trägt die Solarstromerzeugung fast 10 Prozent zur Gesamtenergieproduktion bei, verglichen mit einem Anteil von nur 1,9 Prozent im Jahr 2014. Der aktuelle Energieplan sieht vor, diesen Anteil bis 2030 auf 36 bis 38 Prozent zu steigern, wobei die PSC-Technologie eine zentrale Rolle spielen soll, um diese Zahlen bis 2040 zu übertreffen.
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Diversifizierung der erneuerbaren Energien in Japan
Während Perowskit-Solarzellen ein Schwerpunkt der japanischen Energiestrategie sind, investiert das Land auch in andere erneuerbare Energiequellen, um seinen Energiemix zu diversifizieren und die Energiesicherheit zu erhöhen. Japan strebt an, zur Wasserstoffgesellschaft zu werden und verfolgt seit 2017 eine Wasserstoffstrategie, die auch das Dekarbonisierungsziel bis 2050 unterstützt. Die japanische Regierung plant Investitionen in die Wasserstoffwertschöpfungskette von rund 15 Billionen Yen (ca. 107 Milliarden US-Dollar) über einen Zeitraum von 15 Jahren.
Zudem hat Umweltminister Shinjiro Koizumi angekündigt, dass das Ministerium die Führung übernehmen werde, um die Entwicklung der Geothermie zu beschleunigen. Der Minister für Verwaltungsreform Taro Kono hat das Ziel angekündigt, Japans Geothermieanlagen bis 2030 zu verdoppeln. Günstige Einspeisungstarife und die Förderung erneuerbarer Energien sollen zu einer wachsenden Zahl von Geothermieprojekten führen.
Daneben erforscht Japan auch Fusionsenergie als langfristige Energiequelle. Das Land kooperiert mit der EU und den USA, um die Entwicklung von Fusionsenergie zu beschleunigen, wobei private Investitionen und Zusammenarbeit eine wichtige Rolle spielen. Ende März 2024 haben 21 Unternehmen den Japan Fusion Energy Council – kurz J-Fusion – gegründet, mit dem Ziel, die Technologie und die Standards gemeinsam voranzutreiben.
Implikationen für die globale Energiewende
Japans massive Investition in Perowskit-Solarzellen könnte weitreichende Auswirkungen auf die globale Energielandschaft haben. Wenn die Technologie erfolgreich im industriellen Maßstab eingesetzt wird, könnte sie als Modell für andere Länder dienen, insbesondere für dicht besiedelte Nationen mit begrenztem Platz für traditionelle Solarparks.
Die japanische Regierung ist zuversichtlich, dass ihre Investitionen in Perowskit-Solarzellen erfolgreich sein werden. Nach der Versorgung des eigenen Landes plant Japan, diese innovative Technologie auch an andere Länder zu exportieren, was zur globalen Energiewende beitragen und Japans Position als Technologieführer stärken könnte.
Die Entwicklung von Perowskit-Solarzellen ist auch Teil einer breiteren Strategie Japans, seine technologische Führungsrolle in verschiedenen Sektoren wiederzuerlangen. Neben erneuerbaren Energien investiert Japan auch stark in andere Zukunftstechnologien wie Software-definierte Fahrzeuge (SDV), mit dem Ziel, bis 2030 einen Anteil von 30 Prozent am Weltmarkt zu erreichen.
Eine solare Weiterentwicklung für Japans energetische Zukunft
Japans Investition in Perowskit-Solarzellen markiert einen entscheidenden Schritt in der Transformation seiner Energielandschaft. Die ambitionierten Pläne, bis 2040 eine Kapazität zu installieren, die 20 Atomreaktoren entspricht, zeigen das Vertrauen des Landes in diese innovative Technologie und ihren Beitrag zur Energiewende.
Die Perowskit-Technologie bietet mit ihrer Flexibilität, Leichtigkeit und Effizienz einzigartige Vorteile, besonders für ein dicht besiedeltes Land wie Japan. Obwohl noch Herausforderungen in Bezug auf Haltbarkeit und Kosten bestehen, zeigen die kontinuierlichen Fortschritte in Forschung und Entwicklung, dass diese Hürden überwindbar sind. Die stufenweise Implementationsstrategie mit dem Ziel einer Gigawatt-Produktion bis 2030 legt den Grundstein für die ambitionierten langfristigen Ziele.
Die breite Einführung von Perowskit-Solarzellen könnte Japan nicht nur helfen, seine Klimaziele zu erreichen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Atomkraft zu reduzieren, sondern auch seine Position als führender Anbieter von Solartechnologie wiederherzustellen. Die strategische Nutzung der heimischen Iodproduktion und die umfangreichen staatlichen Investitionen unterstreichen die Entschlossenheit Japans, in dieser zukunftsweisenden Technologie erfolgreich zu sein.
Mit diesem umfassenden Ansatz, der sowohl technologische Innovation als auch wirtschaftliche Strategie umfasst, positioniert sich Japan als Vorreiter in der globalen Energiewende und zeigt einen vielversprechenden Weg zur nachhaltigen Energieerzeugung der Zukunft auf. Der Erfolg dieses Plans könnte nicht nur für Japan, sondern für die weltweite Bemühung um eine nachhaltige Energiezukunft von großer Bedeutung sein.
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