Azure Photon: Perowskit-Solarzellen als Ersatz für Einwegbatterien

Die Welt scheint immer stärker von Einwegbatterien abhängig zu werden. „Allein im Jahr 2025 werden täglich 78 Millionen Batterien entsorgt, mit erheblichen wirtschaftlichen und ökologischen Folgen“, erklärt Azure Photon, ein neues Spin-off der Fakultät für Ingenieurwesen der Universität Porto. Das Unternehmen will mit einer sauberen Alternative mit „langer Lebensdauer“ gegensteuern, die mehr als ein Jahrzehnt halten soll.

Offiziellen Schätzungen zufolge werden bis 2030 mehr als 40 Milliarden IoT-Geräte (Internet der Dinge) in Betrieb sein. Viele dieser Geräte sind zwar auf eine Nutzungsdauer von rund 10 Jahren ausgelegt, ihre Batterien müssen jedoch durchschnittlich alle zwei Jahre ersetzt werden. Dadurch entsteht „ein wachsender Berg an Elektroschrott“. Betroffen sind kleine Geräte wie Temperatur-, Feuchtigkeits-, Bewegungs- oder Luftqualitätssensoren, intelligente Etiketten, Zähler, Überwachungssysteme sowie zahlreiche Geräte, die Daten kontinuierlich erfassen und übertragen – oder auch kabellose Tastaturen.

Vor diesem Hintergrund wurde Azure Photon gegründet. Das Ziel besteht darin, herkömmliche Batterien durch Perowskit-Solarzellen zu ersetzen, die Energie aus Innenbeleuchtung gewinnen und intelligente Geräte über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg versorgen können.

Ein Kristall aus dem Labor

Die von Seyedali Emami und Jorge Martins, Forschern am LEPABE – Labor für Verfahrenstechnik, Umwelt, Biotechnologie und Energie –, sowie von Adélio Mendes, ordentlichem Professor am Fachbereich Chemie- und Bioingenieurwesen der FEUP, entwickelte Technologie nutzt Perowskit-Solarzellen. Perowskit ist ein in der Natur vorkommender Kristall, der sich jedoch auch im Labor mit lichtabsorbierenden Eigenschaften herstellen lässt.

„Es handelt sich um eine aufstrebende Photovoltaiktechnologie aus reichlich verfügbaren und kostengünstigen Materialien, die sich durch ihre außergewöhnliche Fähigkeit auszeichnet, selbst bei schwachem Licht Strom zu erzeugen. In Innenräumen haben diese Zellen bereits einen Rekordwert bei der Energieumwandlung von 44,7% erreicht und übertreffen damit herkömmliche Solartechnologien aus Silizium und Dünnschichtmaterialien deutlich“, erläutern die Forscher.

Konkret ermögliche die Technologie, „das künstliche Licht in Büros, Lagern, Geschäften oder Smart Homes in eine saubere, kontinuierliche und ausreichende Energiequelle umzuwandeln, um Sensoren und IoT-Geräte ohne dauerhaften Wartungsbedarf zu betreiben“. Möglich wird dies durch ein hermetisches Laserversiegelungsverfahren, das die Photovoltaikzellen vor Feuchtigkeit und Sauerstoff schützt – zwei wesentlichen Ursachen für die Alterung. Zudem kommt ein an der FEUP entwickeltes Verfahren zum Einsatz, das Temperaturen von unter 100 Grad ermöglicht. Herkömmliche Methoden erfordern dagegen mehr als 400 Grad Celsius und sind mit den empfindlichen Materialien von Perowskiten nicht vereinbar.

2.500 Stunden

Nach Angaben des Unternehmens erreichten die auf diese Weise gekapselten Zellen in beschleunigten Tests unter Sonnenlicht bereits mehr als 2.500 Stunden Stabilität. Dieses Ergebnis sei „entscheidend für die kommerzielle Tragfähigkeit des Projekts“.

Als nächster Schritt ist die Einführung des ersten Geräts vorgesehen. Es soll eine Energielösung bieten, die Elektroschrott verringert, Betriebskosten senkt und die Autonomie intelligenter Geräte erhöht, welche die Digitalisierung von Gebäuden, Industrieanlagen und Infrastrukturen tragen – „im Einklang mit den europäischen Zielen zur CO2-Neutralität und den Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen“, so das Unternehmen.

Diese Batterien, die laut Azure Photon deutlich nachhaltiger als heutige Lösungen sind, „lassen sich problemlos an bestehende Sensoren anpassen“, betont Jorge Martins. Potenzielle Kunden gebe es in unterschiedlichen Branchen – von der Industrie und dem Bauwesen über Supermärkte bis zur Transportlogistik. Allerdings räumt er ein: „Es ist weiterhin sehr schwierig, bei den Kosten mit herkömmlichen Batterien zu konkurrieren. Wir sprechen über eine noch sehr junge Technologie im Vergleich zur Massenproduktion von Einwegbatterien.“

Zwei laufende Projekte

Derzeit lägen „die Preise bei 50 Cent bis €1 für Einwegbatterien und bei €3 für unsere Lösung, bereits bei einer Produktion im großen Maßstab mit mindestens einer Million Batterien“, sagt der Forscher. Er ist zuversichtlich, dass die Produktion des Unternehmens innerhalb von 5 Jahren wettbewerbsfähig werden kann – „abhängig von Finanzierung und Markt“.

Derzeit verfolgt Azure zwei Projekte. Eines läuft im Rahmen des StartUP Voucher Innovate 2025 – 2026 und verfügt über €30 Tausend. Die Mittel wurden für die Entwicklung von drei Prototypen elektronischer Geräte mit Solarzellenversorgung sowie für Marktstudien eingesetzt. Das zweite Projekt im Programm Norte 2030 hat ein Budget von €900 Tausend für die Herstellung von Solarzellen, Prototypen und die Validierung unter realen Bedingungen in Gebäuden.

„Was wir jetzt tun müssen, ist der Schritt vom Labor zur Vermarktung“, sagt der Forscher über dieses Projekt, das aus einer Doktorarbeit hervorging. Es beginne bereits, die Aufmerksamkeit potenzieller internationaler Kunden auf sich zu ziehen, insbesondere im Bau- und Handelssektor: Ein Supermarkt kann mehr als 7 Millionen elektronische Etiketten haben, alle mit Batterie.