Fortschritte bei Solartechnologien – von der Forschung in die Anwendung
EU-Verbundprojekt präsentiert Ergebnisse: Hohe Wirkungsgrade mit weniger Materialeinsatz
Zum Abschluss des Europäischen Verbundprojekts CHEETAH fand am 30. November 2017 am HZB ein Workshop zum Thema "European Solar Technology Forum - From Research to Industrial Application" statt. Über 100 Teilnehmer aus den wichtigsten europäischen Forschungsinstituten auf dem Gebiet der Photovoltaik und von zahlreichen Universitäten kamen mit Industrievertretern zusammen, um die im Rahmen von CHEETAH erzielten Fortschritte zu diskutieren.
Drei unterschiedliche Typen von Solarzellen konnten deutlich verbessert werden.
Silizium-Photovoltaik: Wafer um die Hälfte dünner
Im Bereich Silizium-Photovoltaik ging es um die Verwendung immer dünnerer Wafer zur Herstellung von Photovoltaikmodulen. Hier konnten mehrere Module mit 90-100 mikrometerdicken Zellen präsentiert werden, die eine erhebliche Materialersparnis im Vergleich zu Standardmodulen mit Zelldicken von 180 Mikrometern ermöglichen.
Durch integrierte Linsensysteme Materialeinsatz bei Chalkopyrit-Solarzellen reduzieren
Der Ansatz zur Materialersparnis bei den Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Chalkopyriten (Cu(In,Ga)Se2) war ein anderer: Die Zellen werden in der Fläche verkleinert und über in die Module integrierte Linsensysteme mit konzentriertem Sonnenlicht bestrahlt. Das Ziel ist es, bei erheblicher Materialeinsparung mindestens den Wirkungsgrad von derzeitigen Industriemodulen zu erreichen. Erste Prototypen lassen bereits erkennen, dass die Methode prinzipiell funktioniert und unter Umständen aufgrund der hohen Lichtintensität sogar höhere Wirkungsgrade als Standardzellen erreichen kann.
Lebensdauer von hybriden Solarzellen erhöhen
Das dritte Thema bei CHEETAH betraf organische oder hybride Solarzellen. Dort wurden in aufwendigen Messreihen polymere Versiegelungsmaterialien getestet und mit der Lebensdauer der Zellen korreliert. Mit den besten Polymeren konnte die Lebensdauer dieser Solarzellen bis auf mehrere Jahre erhöht werden.
Die Präsentationen können hier angesehen werden.
- Poröse organische Struktur verbessert Lithium-Schwefel-BatterienEin neu entwickeltes Material kann die Kapazität und Stabilität von Lithium-Schwefel-Batterien deutlich verbessern. Es basiert auf Polymeren, die ein Gerüst mit offenen Poren bilden. In der Fachsprache werden sie radikale kationische kovalente organische Gerüste oder COFs genannt. In den Poren finden katalytisch beschleunigte Reaktionen statt, die Polysulfide einfangen, die ansonsten die Lebensdauer der Batterie verkürzen würden. Einige der experimentellen Analysen wurden an der BAMline an BESSY II durchgeführt. Prof. Yan Lu, HZB, und Prof. Arne Thomas, Technische Universität Berlin, haben diese Arbeit gemeinsam vorangetrieben.
- Metalloxide: Wie Lichtpulse Elektronen in Bewegung setzenMetalloxide kommen in der Natur reichlich vor und spielen eine zentrale Rolle in Technologien wie der Photokatalyse und der Photovoltaik. In den meisten Metalloxiden ist jedoch aufgrund der starken Abstoßung zwischen Elektronen benachbarter Metallatome die elektrische Leitfähigkeit sehr gering. Ein Team am HZB hat nun zusammen mit Partnerinstitutionen gezeigt, dass Lichtimpulse diese Abstoßungskräfte vorübergehend schwächen können. Dadurch sinkt die Energie, die für die Elektronenbeweglichkeit erforderlich ist, so dass ein metallähnliches Verhalten entsteht. Diese Entdeckung bietet eine neue Möglichkeit, Materialeigenschaften mit Licht zu manipulieren, und birgt ein hohes Potenzial für effizientere lichtbasierte Bauelemente.
- Schlüsseltechnologie für eine Zukunft ohne fossile EnergieträgerIm Juni und Juli 2025 verbrachte der Katalyseforscher Nico Fischer Zeit am HZB. Es war sein „Sabbatical“, für einige Monate war er von seinen Pflichten als Direktor des Katalyse-Instituts in Cape Town entbunden und konnte sich nur der Forschung widmen. Mit dem HZB arbeitet sein Institut an zwei Projekten, die mit Hilfe von neuartigen Katalysatortechnologien umweltfreundliche Alternativen erschließen sollen. Mit ihm sprach Antonia Rötger.