EU-Projekt ATHLET will Dünnschichtsolarzellen an den Markt bringen
Die Kostensenkung von Solarzellen ist die zentrale Herausforderung der modernen Photovoltaik. In Berlin startet am 20. Februar das europaweit größte Forschungsprojekt, das sich dieser Herausforderung stellt. Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus 11 Ländern arbeiten zusammen, um den Übergang der zweiten Generation von Solarzellen, so genannten Dünnschichtzellen, aus den Laboren in den Markt zu beschleunigen.
Solarzellen der zweiten Generation
Solarzellen der zweiten Generation benötigen bei der Herstellung sehr wenig Material und Energie. Sie sind ultradünn und werden durch neuartige Prozesstechnologien hergestellt. Die Europäische Union und nationale Partner werden in den nächsten vier Jahren im Rahmen des Forschungsprojektes „ATHLET“ insgesamt rund 21 Millionen Euro in die Forschung und Entwicklung von Dünnschichtsolarzellen investieren. Das Hahn-Meitner-Institut Berlin (HMI), koordiniert die Zusammenarbeit von Universitäten, Forschungseinrichtungen und Unternehmen. Die Partner aus 11 europäischen Ländern werden zwei aussichtsreiche Technologienpfade weiterentwickeln und entsprechende Produkte am Markt positionieren. An beiden Technologien ist das HMI unter den führenden Foschungsakteuren.
Im Rahmen des Integrierten Projekts „ATHLET“ werden erstmals gemeinsam zwei Technologien entwickelt, die jeweils auf unterschiedlichen Materialien beruhen. Da beide Materialsysteme auch Gemeinsamkeiten haben, werden durch die Zusammenarbeit Ressourcen gebündelt und Synergien genutzt.
Zwei Technologien unter einem Dach
Die so genannte CIS-Technologie wird u.a. von Shell Solar vorangetrieben. Statt Silizium wird bei diesem Solarzellentyp eine Verbindung aus den Elementen Kupfer, Indium und Selen zur Lichtabsorption verwendet. Dieses Material nimmt bei gleicher Schichtdicke wesentlich mehr Licht auf als Silizium. Daher genügen bereits wenige Mikrometer um das Sonnenlicht vollständig zu absorbieren, im Gegensatz zu 200-300 Mikrometern bei herkömmlichen Siliziumwafern. Die Materialkosten bei der Produktion sind entsprechend niedriger.
Die zweite Technologie verfolgt das Konzept der so genannten mikromorphen Dünnschichtsolarzelle. Diese Tandem- oder Stapelzellen aus Silizium kombinieren zwei Zellen mit unterschiedlichen Absorptionsspektren. Sie können so das Spektrum des Sonnenlichtes besser ausnutzen und haben daher einen höheren Wirkungsgrad als vergleichbare Einzelzellen. Dieser Zelltyp kann seit einiger Zeit erfolgreich im Labormaßstab hergestellt werden und wird nun mit Unterstützung von Schott Solar zur Marktreife gebracht.
Sichere Energie und Arbeitsplätze auch in Zukunft
Die Photovoltaik gilt als Schlüsseltechnologie der Zukunft. Sie kann einen wesentlichen Beitrag leisten um die Abhängigkeit von Importen an Energieträgern wie Öl und Gas und den Ausstoß von CO2 zu reduzieren. Die Photovoltaikindustrie setzt schon heute Milliarden-Beträge um und schafft nebenbei tausende von neuen Industriearbeitsplätzen. Daher ringen die globalen Kräfte aus den USA, Japan und Europa hart um die technologische Führerschaft. Mit dem „ATHLET“ Projekt strebt Europa eine Spitzenposition in dieser Entwicklung an.
Damit das rasante Wachstum der Branche auch in den kommenden Jahren weitergeht, müssen die Kosten für Solarstrom noch tiefer fallen. Der heutige Markt wird von Solarmodulen auf Basis von Siliziumwafern beherrscht. Der bereits erreichte Preisrückgang ist im Wesentlichen auf die Steigerung der Produktionsvolumina und verbesserte Herstellungstechnologien zurückzuführen. Derzeit bremst die Knappheit an Silizium den weiteren Preisrückgang. Auch wenn in naher Zukunft dieser Engpass durch den Aufbau neuer Produktionskapazitäten überwunden wird, bleibt die anhaltende Kostenreduktion das zentrale Thema für die Photovoltaik.
Welcher Entwicklungspfad in Zukunft die Nase vorn hat, wird sich wahrscheinlich erst zeigen, wenn die Produkte in nennenswertem Umfang am Markt verfügbar sind. Möglich ist auch, dass die verschiedenen Solarmodule ihre jeweiligen Stärken in unterschiedlichen Anwendungsgebieten ausspielen.
- CIGS-Perowskit-Tandemzelle erreicht Rekordwirkungsgrad von 25,5 %Ein Berliner Team aus Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und Center for the Science of Materials Berlin (CSMB) an der Humboldt-Universität zu Berlin hat einen neuen Rekord für eine Tandemsolarzelle aufgestellt. Durch die Kombination einer CIGS-Halbleiterschicht mit Perowskit gelang es ihnen, 25,5 % des Sonnenlichts in elektrische Energie umzuwandeln. Der bisherige Rekord für diese Materialkombination und diese Zellgröße lag bei 24,6 %. Der neue Rekord wurde zertifiziert und ist in den Solar Cell Efficiency Tables (den „Green Tables“) zu finden, die als Nachschlagewerk für die weltweite Photovoltaik-Gemeinschaft gelten.
- Unordnung erzeugt neue Eigenschaften in VerbindungshalbleiternEin internationales Forschungsteam hat gezeigt, dass intrinsische Unordnung im Verbindungshalbleiter CuInSnS₄ genutzt werden kann, um dessen optische Eigenschaften zu beeinflussen. Optische Anregungen (Exzitonen) reagieren empfindlich auf die lokale Anordnung der Atome. Dabei zeigen sie überraschenderweise eine richtungsabhängige Reaktion, obwohl die durchschnittliche Kristallstruktur kubisch ist. Diese Erkenntnisse werfen ein neues Licht auf den Zusammenhang zwischen Unordnung und Materialeigenschaften und eröffnen neue Möglichkeiten für ein gezieltes „Unordnungs-Engineering“ in optoelektronischen und photokatalytischen Bauelementen.
- Perowskit-Solarzellen: Prognosen zur LangzeitstabilitätZuverlässige Aussagen über die Langzeitstabilität von Perowskit-Solarzellen sind nach wie vor schwierig. Welche Verfahren zur Prognostik von Langzeitstabilität aussagekräftig sind, und wo noch Forschungsbedarf besteht, zeigt nun eine neue Studie aus dem Team um Dr. Carolin Ulbrich im renommierten Fachjournal Joule.