Solarzellen aus Mondstaub
Innovatives Herstellungsverfahren für Solarzellen aus Mond-Regolith für eine künftige Mondbasis
Der Bau einer Mondbasis als Ausgangspunkt für die weitere Erforschung des Weltraums sowie zukünftige Marsmissionen ist eines der Kernelemente der derzeitigen internationalen Weltraumstrategien. Ein zentraler Bestandteil ist dabei eine möglichst autarke Energieversorgung von einer zukünftigen Mondstation. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert jetzt im Rahmen des Programms „Forschung und Exploration“ mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz das Verbundvorhaben „SoMo – Ein innovatives Herstellungsverfahren für Solarzellen aus Mond-Regolith“ zwischen dem Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin und der JPM Silicon GmbH.
Glasprobe aus dem Mondregolith-Simulant TUBS-T.
TU Berlin
Dr. Thomas Driebe von der Deutschen Raumfahrtagentur zur Förderung: „Die Beteiligung an europäischen Mondmissionen sowie dem Artemis-Programm der NASA ist bereits heute ein wichtiger Beitrag Deutschlands in der Weltraumforschung und Exploration. Eine bemannte Mondbasis rückt dabei in greifbare Nähe und somit auch die Frage nach der Versorgung mit Rohstoffen und Energie. Die Photovoltaik spielt hierbei eine entscheidende Rolle. Mit dem Vorhaben sehen wir eine hervorragende Schnittmenge zwischen Weltraumforschung und dem weiteren Ausbau der terrestrischen Photovoltaik, so dass wir mit vielversprechenden Ergebnissen auch dem Schritt in den Weltraum selbst entgegensehen.”
Vor-Ort-Produktion ersetzt kostspieligen Transport durch Raketen
Um die Nachhaltigkeit einer Mondmission zu erhöhen und ihre Kosten zu senken, ist die Entwicklung von ISRU-Technologien besonders wichtig für die zukünftige Erforschung des Mondes. ISRU steht für "In-situ Resource Utilization" (Nutzung von Ressourcen vor Ort). Dabei handelt es sich um die Erzeugung von Produkten und Betriebsstoffen wie Wasser, Sauerstoff, Bauprodukte oder Elektrizität aus vor Ort verfügbaren Materialien und Ressourcen wie Mondstaub (Mondregolith) und Sonnenlicht. Die Technologien können dazu beitragen, die Mission mit den benötigten Materialien und Verbrauchsgütern zu versorgen, die andernfalls mit großem Aufwand von der Erde geliefert werden müssen. Laut Prof. Dr. Enrico Stoll, Leiter des Fachgebietes Raumfahrttechnik der TU Berlin, kostet der Transport von einem Kilogramm Material zum Mond derzeit rund eine Million Euro. „Die Energieversorgung durch lunare Ressourcen für eine zukünftige Mondbasis ist daher ein Schwerpunkt unserer Weltraumforschung“, so Enrico Stoll.
Voll funktionsfähige Solarzellen
Das SoMo-Projekt leistet einen Beitrag zu dieser Forschung, indem es den weithin verfügbaren Mondstaub als Rohstoff für die Herstellung von Solarpaneelen auf dem Mond nutzt. Die im Projekt angewandte Herstellungstechnik ermöglicht die Produktion von Siliziumzellen unter Verwendung zweier auf dem Mond weithin verfügbarer Ressourcen: das Mondregolith für die Herstellung von Glassubstraten und UV-Licht. Das Endprodukt ist eine Siliziumzelle auf einer Pufferschicht aus Aluminiumoxid. Damit sind die ersten Schritte in Richtung einer nachhaltigen Produktion voll funktionsfähiger Solarzellen auf dem Mond getan.
Simulate für Mondstaub
Das notwendige Glassubstrat wird vom Fachgebiet Raumfahrt der TU Berlin hergestellt. Die Arbeitsgruppe um Enrico Stoll hat verschiedene Simulate für das Mondregolith entwickelt. Diese Pulver ahmen die Eigenschaften verschiedener Bodenproben nach, die im Rahmen des Apollo-Programms zur Erde gebracht wurden. Das Glas wird hergestellt, indem die Simulate bei sehr hohen Temperaturen (über 1500° C) geschmolzen werden. Das gewonnene Glas wird anschließend vom Team der TU Berlin geformt und nachbearbeitet. Der Projektpartner JPM Silicon GmbH erzeugt anschließend aus dem Glassubstrat eine Siliziumschicht, die dann in eine Solarzelle umgewandelt wird.
Nachhaltige Nutzung von Mondressourcen
„Ziel des Projekts ist es, eine möglichst autarke Energieversorgung für Explorationsprojekte auf dem Mond zu gewährleisten und gleichzeitig einen angemessenen Wirkungsgrad der Solarzelle zu erzielen“, so Projektleiter Juan Carlos Ginés Palomares. „Am Fachgebiet Raumfahrttechnik führen wir derzeit mehrere Projekte zur Erforschung und nachhaltigen Nutzung von Mondressourcen durch. Diese gemeinsamen Forschungsarbeiten sind ein wichtiger Schritt zur Verwirklichung unserer Vision einer sich selbst tragenden Monderkundung, die langfristige und wirkungsvolle Erkundungsmissionen ermöglicht.“
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