Eine weit verbreitete These unter Klimawandelleugnern besagt, dass die aktuellen Klimaveränderungen auf natürliche Klimaschwankungen zurückzuführen sind. Dabei werden jedoch wissenschaftliche Erkenntnisse außer Acht gelassen. 

Es ist durchaus korrekt, dass es schon immer Schwankungen im Klima gab. Allein in den vergangenen 800.000 Jahren gab es acht Durchläufe von Eiszeiten und wärmeren Perioden.[1] Die letzte Eiszeit liegt dabei etwa 11.700 Jahre zurück und die momentane Erderwärmung schreitet nun signifikant schneller voran als nach jeder der vorherigen Eiszeiten.[1] 
Schuld an dieser Entwicklung ist maßgeblich der Mensch im Zuge der industriellen Revolution seit Mitte des 19. Jahrhunderts.[1] Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist der Kohlenstoffdioxid-Gehalt in der Atmosphäre auf Rekordwerte von über 420 ppm (parts per million) angestiegen, nachdem die Werte trotz natürlicher Schwankungen über Jahrtausende nie über 300 ppm gestiegen sind (siehe Grafik).[2] 
Die Erwärmung liegt daran, dass CO₂  und andere Treibhausgase die Sonnenenergie absorbieren und als Wärmeenergie wieder abgeben, wodurch die untere Atmosphäre und die Erdoberfläche warm bleiben.[2] Ein Teil der Wärmeenergie entweicht dann wieder in den Weltraum, wodurch ein Gleichgewicht von ein- und ausgehender Energie entsteht.[2] Durch vermehrtes Hinzufügen von Treibhausgasen in die Atmosphäre wird verhindert, dass Wärme in den Weltraum entweicht – die Erde erwärmt sich.[2] 
Es ist zudem nachgewiesen, dass das CO₂ in der Atmosphäre vermehrt aus dem abgereicherten C-14 in fossilen Brennstoffen kommt und weniger aus dem Kohlenstoff von lebenden Systemen.[2] 

Man kann also eindeutig feststellen, dass der CO₂-Anstieg durch anthropogene Einflüsse verursacht wurde und die damit einhergehende Erderwärmung darauf zurückzuführen ist – nicht auf natürliche Klimaschwankungen. 

Grafik: Entwicklung der Kohlenstoffdioxidkonzentration der letzten 800.000 Jahre. [3]

Quellen: 

1. NASA: Evidence, URL: https://science.nasa.gov/climate-change/evidence/, letzter Zugriff: 11.07.2026. 

2. The Royal Society: The Basics of Climate Change, URL: https://royalsociety.org/news-resources/projects/climate-change-evidence-causes/basics-of-climate-change/, letzter Zugriff: 11.07.2026. 

3. NASA: Evidence, URL: https://science.nasa.gov/climate-change/evidence/, basierend auf: Luthi, D., et al.. 2008; Etheridge, D.M., et al. 2010; Vostok ice core data/J.R. Petit et al.; NOAA Mauna Loa CO2 record, letzter Zugriff: 27.08.2026 

Der Interviewpartner, Dr. Jun-Ho Yum, forscht an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz zur Entwicklung und Verbesserung von Solarzellen. Spezifisch beschäftigt er sich mit DSSCs (Dye Sensitized Solar Cells), von denen sich in Zukunft eine höhere Effizienz erhofft. Des Weiteren forscht er an Perowskit-Solarzellen, die in Zukunft eine Alternative oder Ergänzung zur gängigen Silizium-Solarzelle darstellen könnten.  

Das Ziel des Interviews ist ein grundlegendes Verständnis über die Themenbereiche des Forschers zu erlangen. 

INTERVIEW 

Zunächst lässt sich festhalten, dass für die Stromerzeugung bewegungsfähige Elektronen benötigt werden, die als Ladungsträger fungieren. Bei der Solarzelle befinden sie sich zunächst im Valenzband des Halbleiters. Zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband liegt die sogenannte Bandlücke. Nimmt ein Elektron genügend Energie auf, z. B. durch Lichtstrahlung, kann es die Bandlücke überwinden und ins Leitungsband gelangen. Dort kann sich das Elektron frei bewegen und es fließt elektrischer Strom. Dieser Vorgang wird in Solarzellen genutzt. 

Klassische Solarzellen bestehen meistens aus Silizium. Das liegt daran, dass Silizium eine geeignete Bandlücke besitzt, um einen Teil des Sonnenlichts zur Stromerzeugung zu nutzen. Außerdem sind Silizium-Solarzellen sehr gut erforscht und langzeitstabil. 

Das eine Fachgebiet von Dr. Yum sind die Dye Sensitized Solar Cells. Diese Farbstoffsolarzellen nutzen Titanoxid als Halbleiter. TiO₂ besitzt eine relativ große Bandlücke von 3,2 – 3,3 Elektronenvolt [2]. Zusätzlich wird ein Farbstoff verwendet, um mehr vom Sonnenspektrum nutzbar zu machen als bei der klassischen Solarzelle . Wird das Licht vom Farbstoff absorbiert, so wird ein Elektron angeregt und vom Titandioxid (TiO₂) weiter transportiert. Problematisch ist die Rekombination, bei der das angeregte Elektron wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann. Der spezielle Aufbau der Solarzelle sorgt deshalb dafür, dass die Ladungen möglichst in die gewünschte Richtung transportiert werden. 

Für die Auswahl der Farbstoffe ist zunächst wichtig zu verstehen, dass unterschiedliche Farbstoffmoleküle unterschiedliche Bereiche des Sonnenspektrums absorbieren. Um den Wirkungsgrad zu maximieren, bedarf es deshalb eines Farbstoffes mit hoher Lichtabsorption. Roter Farbstoff (N719) absorbiert vor allem Licht im UV- & im sichtbaren Bereich und ist in der Herstellung etabliert. Am geeignetsten ist schwarze Farbe (N749), da sie fast das ganze Sonnenspekrum absorbiert. Allerdings ist die schwarze Farbe in der Herstellung etwa zwei bis vier Mal so teuer.  
Eine weitere wichtige Eigenschaft des Fabstoffs ist, dass er gut an der Oberfläche des Halbleiters binden kann. 

Neben den schon erwähnten Farbstoffsolarzellen, forscht Dr. Yum auch an Perowskit-Solarzellen. Diese bestehen unter anderem aus einer Schicht des Minerals Calciumtitanat (CaTiO₃), in anderen Worten: dem Perowskit-Kristall. Mit der Entwicklung sehr dünner Perowskit-Schichten gab es vor einigen Jahren einen starke Zunahme der Forschung. Dabei stellte sich heraus, dass Perowskit ein breites Lichtspektrum absorbiert. Dennoch ist wichtig zu erwähnen, dass kein einzelner Halbleiter das gesamte Sonnenspektrum optimal nutzen kann. Deshalb wird versucht, verschiedene Halbleiter miteinander zu kombinieren in Form von sogenannten Tandem-Solarzellen. 

Bei einer Tandem-Solarzelle werden mehrere Solarzellen bzw. Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Bandlücken kombiniert, beispielsweise Perowskit und Silizium. Die obere Schicht absorbiert Licht bestimmter Wellenlängen. Das nicht absorbierte Licht gelangt somit zur nächsten Schicht, die einen anderen Bereich des Sonnenspektrums nutzt. Durch die Absorbtion eines breiteren Spektrums ergibt sich auch ein höherer Wirkungsgrad, der bei circa 40% liegt. Im Vergleich dazu haben industriell gefertigte Solarzellen nur einen Wirkungsgrad von 17-22% [1]. 

Die größten Probleme der Perowskit-Solarzellen sind die Stabilität und die Anfälligkeit für Feuchtigkeit, da das Material durch Wasser beschädigt werden kann. Sie verlieren innerhalb von ca. 40 Tagen 20% an Absorbtion wohingegen Silizium-Solarzllen maximal 0,5% Effizienz im Jahr verlieren [3]. Ein weiterer Aspekt ist die Toxizität, da viele dieser Solarzellen zur Verbesserung des Wirkungsgrades Blei enthalten, das nicht in die Umwelt gelangen sollte. 

FAZIT  

Das Experteninterview mit Dr. Jun-Ho Yum lieferte interessante und relevante Einblicke in die praktische Forschung an modernen Typen von Solarzellen und ermöglichte eine Erweiterung des theoretischen Horizonts. Sowohl die DSSCs als auch die Perowskit-Solarzellen haben großes Potential in Zukunft die Effizienz der Solarstromerzeugung zu steigern. Im Fokus der zukünftigen Entwicklungen könnten Tandem-Zellen stehen, da sie sich durch einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnen. Entscheidend für die effektive Nutzung sind hierbei Lebensdauer, Stabilität, Kosten, Umweltverträglichkeit und industrielle Herstellbarkeit. Deshalb wird weiter geforscht, um Schwachstellen in diesen Bereichen zu beheben und neue Solarzellen zur Marktreife zu bringen. 

QUELLEN 

1. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Dreifachsolarzellen erreichen Rekordwirkungsgrad, URL: https://www.energieforschung.de/de/aktuelles/projekteinblicke/2021/dreifachsolarzellen-erreichen-rekordwirkungsgrad, letzter Zugriff: 27.08.2026 

2. López, R., Gómez, R. Band-gap energy estimation from diffuse reflectance measurements on sol–gel and commercial TiO2: a comparative study. J Sol-Gel Sci Technol 61, 1–7 (2012). https://doi.org/10.1007/s10971-011-2582-9, letzter Zugriff: 27.08.2026 

3. Zhao, Y., Heumueller, T., Zhang, J. et al. A bilayer conducting polymer structure for planar perovskite solar cells with over 1,400 hours operational stability at elevated temperatures. Nat Energy 7, 144–152 (2022). https://doi.org/10.1038/s41560-021-00953-z, letzter Zugriff: 27.08.2026 

Vorwort 

Paul Kant ist Gründer des Start-ups „Photreon“ und wissenschaftlicher Mitarbeiter des Karlsruhe Institute of Technology (KIT). In seinem Start-up entwickeln Dr. Kant und seine Kollegen einen Photoelektrolyseur, welcher eine Kombination aus Photovoltaik und Elektrolyseur darstellt. Der in der Solarzelle gewonnene Strom wird direkt in der Wasserstoffproduktion umgesetzt. In unserem Interview hatten wir die Möglichkeit, ihn zu seinem Start-up und seiner Forschung zu befragen. 

Interview

Das Funktionsprinzip der Photoelektrolyse lautet wie folgt: Licht erzeugt im Halbleiter Elektronen-Loch-Paare, die an Ko-Katalysatoren die Wasserspaltung antreiben. Die Partikel sind im Volumen suspendiert (keine Beschichtung), wodurch deutlich weniger Halbleiter- und Edelmetallmaterial benötigt wird, als es bei der Photovoltaikanlage der Fall wäre. Bei diesem Prozess werden sowohl Sauerstoff als auch Wasserstoff produziert. Der Wasserstoff ist das erwünschte Produkt und Sauerstoff wird als Beiprodukt in die Atmosphäre abgegeben. 

Entstanden ist dieses Start-up aus einem Forschungsprojekt am Institut für Mikrostrukturtechnik. Aktuell befindet es sich im Übergang vom Labor in die Praxis. Erstmals wurde ein 1-m²-Prototyp erfolgreich unter echtem Sonnenlicht getestet. Angestrebt wird ein kommerzielles Produkt für den Anfang der 2030er-Jahre. Der Zielmarkt dafür ist rein industriell, da bei der privaten Produktion verschiedene Sicherheits- und Kostenhürden auftreten. Die zwei Hauptabnehmer für das Produkt wären die Sunbelt-Regionen (z. B. Oman, Marokko etc.), in denen sehr große Flächen verfügbar sind und Wasserstoff billig produziert werden kann, sowie Zentraleuropa. Dort herrscht eine höhere Zahlungsbereitschaft. 

Wirtschaftlich konkurrenzfähig sind die Photoelektrolyseure vor allem aufgrund ihrer geringen Wasserstoff-Entstehungskosten. Das liegt vor allem an dem kostengünstigen, patentierten Gesamtreaktorsystem: Anstatt auf komplexe Halbleiter-Wafer zu setzen, optimiert Photreon die Skalierbarkeit in der Fläche bei gleichzeitiger Minimierung des Ressourcenbedarfs. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass das System anders als herkömmliche Elektrolyseure auch mit herkömmlichem Leitungswasser arbeiten kann, was zusätzliche Arbeitsschritte spart. 

Die Paneele bestehen aus Kunststoff, was sie leicht und günstig in der Massenproduktion macht. Diese Technologie ist vielversprechend, da der CO₂-Fußabdruck vergleichbar mit oder sogar geringer als bei der herkömmlichen Elektrolyse ist. 

Neben Photreon gibt es auch noch andere nationale sowie internationale Start-Ups, die sich mit der Photoelektrolyse beschäftigen und in ständigen Austausch miteinander stehen. 

Fazit

Paul Kant verfolgt mit seinem Unternehmen Photreon einen neuartigen Ansatz zur Herstellung von grünem Wasserstoff, der Photovoltaik und Elektrolyseur miteinander kombiniert. Dadurch lässt sich Wasserstoff lokal produzieren und es wird weniger Material benötigt. Zwar ist das Produkt noch nicht kommerziell verkäuflich, aber laut Paul Kants Prognose sollte dies bereits Anfang der 2030er Jahre der Fall sein.