Solarstrom aus dem Weltall: Forscher wollen Solarzellen auf dem Mond herstellen

Die Gewinnung von Solarenergie im Weltraum, bekannt als weltraumgestützte Solarenergie (Space-Based Solar Power, SBSP), ist ein Forschungsfeld, das in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht hat.

Das Konzept basiert darauf, Sonnenenergie außerhalb der Erdatmosphäre zu sammeln und drahtlos zur Erde zu übertragen, um eine kontinuierliche und effiziente Energieversorgung zu gewährleisten.

Dass die Idee großer Weltraumkraftwerke, die die unendliche Energie der Sonne anzapfen, bündeln und diese dann zur Erde zu übertragen, keinesfalls reine Utopie ist, zeigen verschiedene Forschungsprojekte:

Caltech Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1)

Im Januar 2023 startete das California Institute of Technology (Caltech) den Prototyp eines Satelliten mit Solarzellen, um die Effizienz der Energiegewinnung und -übertragung aus dem All zu testen. Im Juni 2023 gelang es dem Forschungsteam erstmals, Solarstrom mithilfe von Mikrowellen auf die Erde zu übertragen – ein bedeutender Meilenstein in diesem Bereich.

Im Rahmen des SSPD-1-Projekts wurde auch das ALBA-Experiment durchgeführt, das die Effizienz, Haltbarkeit und Funktionalität von 32 verschiedenen Typen von Photovoltaikzellen (z.B. Dünnschicht-Galliumarsenid-Zellen, Perowskit-Zellen und lumineszierende Solarkonzentratoren) in der rauen Umgebung des Weltraums untersuchte.

Europäische Weltraumorganisation (ESA) – Projekt Solaris

Die ESA untersucht die Machbarkeit von weltraumgestützter Solarenergie und plant, bis 2025 zu entscheiden, ob ein entsprechendes Projekt realisiert werden soll. Studien zufolge könnten ab 2050 jährlich 800 Terawattstunden saubere Energie aus dem Weltall gewonnen werden, was etwa einem Drittel der Stromerzeugung der Europäischen Union im Jahr 2020 entspricht.

Space Solar und Island

Das britische Start-up Space Solar plant, bis 2030 eine Demonstrationsanlage für weltraumgestützte Solarenergie zu bauen. In Zusammenarbeit mit Reykjavik Energy soll Island das erste Land werden, das mit Strom aus dem All versorgt wird. Das geplante Satellitenkraftwerk "CASSIOPeiA" soll in einer geosynchronen Umlaufbahn positioniert werden und durch modulare Bauweise eine Leistung von zwei Gigawatt erzielen.

China – Zhuri-Projekt

China verfolgt ambitionierte Pläne zur Entwicklung von weltraumgestützten Sonnenkraftwerken. Seit 2019 wird im Bezirk Bishan der Stadt Chongqing eine Versuchsbasis für drahtlose Energieübertragung aufgebaut. Ziel ist es, bis 2035 ein weltraumbasiertes Solarkraftwerk zu errichten.

Trotz der vielversprechenden Fortschritte stehen der Realisierung von Solaranlagen im Weltraum noch erhebliche Herausforderungen gegenüber. Vor Allem die technologische Komplexität des Aufbaus und Betriebs großer Solarkraftwerke im All als auch der sicheren Energieübertragung stellen die Wissenschaft vor vielfältige Aufgaben.

Erschwerend wirken die hohe Kosten: Die Entwicklung und der Start von Satelliten sowie der Aufbau der notwendigen Infrastruktur sind mit hohen Investitionen verbunden.

Zudem verursacht der Transport der notwendigen Solarzellen in den Weltraum enormen Aufwand: Ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro.

Da liegt es nahe, die vor Ort vorhandenen Ressourcen zu nutzen. Zu diesem Zweck kombinierte ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, Mondregolith mit ultradünnem Perowskit, um effiziente Mond-Solarzellen herzustellen. Die beiden Nachwuchswissenschaftler sind Erstautoren des Artikels, der im April 2025 im Journal „Device“ erschien.

Die „Mond-Solarzellen“ auf Perowskit-Basis verwenden Regolith – ein reichlich vorhandener Rohstoff auf dem Mond – als Träger der photoaktiven Schichten. Damit müssen bis zu 99 Prozent des Gewichts der Materialien, die zur Erzeugung von Solarzellen auf dem Mond erforderlich sind, nicht mehr dorthin transportiert werden.

Mondregolith ist ein Lockermaterial aus zerbrochenem Gestein bis hin zu feinem Staub, das den kompletten Mond bedeckt und über Milliarden von Jahren durch Meteoriteneinschläge gebildet wurde. Es besteht hauptsächlich aus SiO2, Al2O3 und CaO mit geringen Anteilen an Metalloxiden.

Basierend auf der Zusammensetzung von echten Mondproben der Apollo-Missionen wurde an der TU Berlin ein Regolith-Simulationspulver hergestellt. Schmilzt man es auf, so lässt sich daraus Glas herstellen.

Da der Regolith je nach Mondregion unterschiedlich zusammengesetzt ist, kann das Glas heller oder dunkler gefärbt sein. Dementsprechend ist es mehr oder weniger durchlässig für Sonnenlicht.

Die von den Forschenden getesteten Solarzellen haben einen geschichteten Aufbau, wobei die Substrat- und Deckschicht aus Mondglas besteht und die dazwischenliegende Schicht aus Perowskit.

Das Halbleitermaterial Perowskit hat den Vorteil, dass es aus einer Lösung gewonnen werden kann, formbar sowie besonders resistent gegenüber Strahlung, Licht- und Temperaturschwankungen ist, was auf der Mondoberfläche eine große Rolle spielt.

„Diese Solarzellen benötigen nur 500 bis 800 Nanometer dünne Halbleiterschichten, somit könnte man mit einem Kilogramm Perowskit-Rohmaterial von der Erde 400 Quadratmeter Solarzellen auf dem Mond herstellen“, fasst Lang zusammen.

Dennoch war die Entwicklung der ersten Mond-Perowskit-Solarzelle schwierig: „Am Anfang war es unklar, ob wir diese in ausreichender Qualität auf unreinem Regolith-Mondglas herstellen können“, sagt er und hebt die erstaunliche Stabilität der hergestellten Solarzellen gegenüber Weltraumstrahlung hervor – eine wesentliche Voraussetzung für eine stabile Energieversorgung auf dem Mond.

„Das Highlight unserer Studie ist, dass wir das benötigte Glas für unsere Solarzellen direkt und ohne Aufbereitungsprozesse aus dem Mondregolith gewinnen können“, sagt der Projektverantwortliche Felix Lang, der am Institut für Physik und Astronomie eine von der VW-Stiftung geförderte Freigeist-Nachwuchsgruppe leitet.

„Außerdem ist das Verfahren skalierbar, um die Solarzellen mit wenig Ausrüstung und sehr geringem Energieeinsatz zu produzieren“, ergänzt er.