Forschung für die Photovoltaik der nächsten GenerationDie Forscherinnen und Forscher am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie sind bescheidene Optimisten: So effizient wie möglich fangen sie den Sonnenschein ein und sie tragen dabei nicht dick auf. Im wahrsten Sinne des Wortes: Die Dünnschicht Solarzellen die Professorin Dr. Martha Lux-Steiner und ihre Kollegen erforschen, sind bei gleicher Effizienz etwa hundertmal dünner als herkömmliche Silizium Solarzellen und damit die Basis für die Photovoltaik der nächsten Generation.
Die neuen Solarzellen sind bei gleicher Effizienz viel dünner als herkömmliche Silizium-Solarzellen. Die Licht-absorbierende Schicht misst nur einige Hundertstel Millimeter, das ist etwa hundertmal dünner als bei den konventionellen Silizium-Zellen. Das hat Vorteile – weniger Material- und Energieverbrauch, einfachere Produktionsprozesse, vielseitigere Anwendungsmöglichkeiten. Und damit wird Solarstrom billiger.
Gegenwärtig kostet die Kilowattstunde Solarstrom selbst im sonnenverwöhnten Süden Europas 30 Eurocent. Trotz Rekordölpreisen ist das immer noch ein Mehrfaches der Stromerzeugungskosten aus fossilen Brennstoffen. Rechnet man alle Kosten mit ein, dann schlägt jedes Watt an installierter Solarstrom-Kapazität heute mit circa fünf Euro zu Buche. „Dieser Preis für die so genannte Spitzenwattleistung muss noch deutlich sinken“, sagt Lux-Steiner, „das ist die zentrale Herausforderung! Langfristig wollen wir die Kosten für die Module auf weniger als einen halben Euro pro Watt reduzieren.“
Im Schnitt wandeln die Zellen nur ein Achtel der Sonnenstrahlung in Elektrizität um. Kosten senken heißt deshalb in erster Linie, diese Ausbeute deutlich zu steigern. Aber auch Optimierungen in der Produktion und höhere Stückzahlen senken den Preis für die Kilowattstunde aus der Sonne Um dies zu erreichen, muss die Entwicklung auf breiter Front vorangetrieben und möglichst schnell in die industrielle Produktion überführt werden. Eine anstrengende Aufgabe.
Das verrät auch der Name des internationalen Forschungsprojekts, welches genau dies schaffen soll: ATHLET steht für „Advanced Thin Film Technologies for Cost Effective Photovoltaics“. Unter der Leitung des Helmholtz-Teams um Martha Lux-Steiner haben sich darin Wissenschaftler von 23 Institutionen aus Forschung und Industrie in ganz Europa zusammengefunden. Das vierjährige Projekt, das seit 2006 mit rund elf Millionen Euro aus EU-Töpfen unterstützt wird, ist sehr erfolgreich. „Doch am Anfang mussten alle Beteiligten über den eigenen Schatten springen“, erinnert sich Lux-Steiner.
Denn ATHLET führt zwei Kern-Technologien zusammen, deren Vertreter sich zuvor in gesunder Konkurrenz zueinander sahen: die Dünnschicht Solarzellen aus Kupfer-Indium-Selenid- oder aus Kupfer-Indium-Sulfid-Schichten (CIS) und die Dünnschicht- Solarzellen aus mikromorphem Silizium. Zum einen optimieren die ATHLET-Forscher CIS-Dünnschicht- Solarzellen Diese Zellen haben eine Schicht aus Kupfer, Indium und Selen beziehungsweise Schwefel, die Licht besonders effizient in Strom umwandeln kann. Die Technologie wird bereits in der Industrieproduktion verwendet.
Jetzt forschen die „ATHLETen“ an besseren Materialien für die Verbindung der Zellen, um die Strom Ausbeute noch einmal zu steigern. Ebenso sollen neue, einfachere Produktionsprozesse für die Beschichtung der Zellen entwickelt werden. „Die Vision ist eine Fabrik, in die Substrate von mehreren Quadratmetern Größe hineingeschoben werden und am Ende Solarmodule herauskommen. Diese müssten dann nur noch entsprechend der gewünschten Leistung zugeschnitten werden“, sagt Dr. Volker Hinrichs, der zusammen mit Lux-Steiner das Projekt am Helmholtz-Zentrum koordiniert.
Vielversprechend sind auch die so genannten mikromorphen Dünnschicht Solarzellen in denen zwei dünne Silizium-Schichten übereinander liegen. Der Clou: die „Tandem-Zelle“ absorbiert auf diese Weise gleich zwei verschiedene Bereiche des Sonnenspektrums und erzeugt entsprechend mehr Strom „Hier ist eine Energieausbeute von bis zu 40 Prozent möglich“, erklärt Lux-Steiner. Allerdings bislang nur im Labor.
Bis das auch in der Praxis zuverlässig erreicht wird, müssen die Wissenschaftler/innen noch mit Hochdruck weiterarbeiten. Aber selbst auf dem Weg zum Ziel werden Meilensteine erreicht: Inzwischen haben die Forscherinnen und Forscher die Produktion bereits deutlich verbessert, so dass kaum noch giftige Abfälle entstehen.
Mehr Informationen unter www.helmholtz.de/forschung/energie/erneuerbare_energien/
Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie