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.

Das könnte Sie auch interessieren

  • Tiburtius-Preis für Eike Köhnen
    Nachricht
    07.12.2022
    Tiburtius-Preis für Eike Köhnen
    Am Dienstag, den 6.12.2022 erhielt Dr. Eike Köhnen den Tiburtius-Preis (Erster Platz) für seine herausragende Dissertation. Eike Köhnen hat dazu beigetragen, den Wirkungsgrad von Tandemsolarzellen aus Perowskit und Silizium deutlich zu steigern, bis hin zu Weltrekord-Werten.
  • Nanodiamanten als Photokatalysatoren mit Sonnenlicht aktivierbar
    Science Highlight
    30.11.2022
    Nanodiamanten als Photokatalysatoren mit Sonnenlicht aktivierbar
    Nanodiamant-Materialien besitzen Potenzial als preisgünstige Photokatalysatoren. Doch bisher benötigten solche Kohlenstoff-Nanopartikel energiereiches UV-Licht, um aktiv zu werden. Das DIACAT-Konsortium hat daher Variationen von Nanodiamant-Materialien hergestellt und analysiert. Die Arbeit zeigt: Wenn die Oberfläche der Nanopartikel mit ausreichend Wasserstoff-Atomen besetzt ist, reicht auch die schwächere Energie von Licht im sichtbaren Bereich für die Anregung aus. Photokatalysatoren auf Basis von Nanodiamanten könnten in Zukunft mit Sonnenlicht CO2 oder N2 in Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak umwandeln.
  • Neue Monochromatoroptiken für den „tender“ Röntgenbereich
    Science Highlight
    30.11.2022
    Neue Monochromatoroptiken für den „tender“ Röntgenbereich
    Bislang war es äußerst langwierig, Messungen mit hoher Empfindlichkeit und hoher Ortsauflösung mittels Röntgenlicht im „tender“ Energiebereich von 1,5 - 5,0 keV durchzuführen. Dabei eignet sich genau dieses Röntgenlicht ideal, um Energiematerialien für Batterien oder Katalysatoren, aber auch biologische Systeme zu untersuchen. Dieses Problem hat nun ein Team aus dem HZB gelöst: Die neu entwickelten Monochromatoroptiken erhöhen den Photonenfluss im „tender“ Energiebereich um den Faktor 100 und ermöglichen so hochpräzise Messungen nanostrukturierter Systeme. An katalytisch aktiven Nanopartikeln und Mikrochips wurde die Methode erstmals erfolgreich getestet.