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Neue Materialien und Konzepte

Die Photovoltaik ist bereits heute eine kostengünstige Stromquelle. Eine weitere Kostenreduktion ist möglich. Allerdings wird der erreichbare Wirkungsgrad durch die Materialphysik beispielsweise auf 29,4 Prozent beim kristallinen Silizium beschränkt. Höhere Wirkungsgrade sind dagegen mit Tandemsolarzellen möglich. Diese verwenden zumeist eine kostengünstige Solarzelle als untere Zelle, auf die eine zweite Zelle mit großer Bandlücke aufgebracht wird. So könnten sich die Stromgestehungskosten perspektivisch um ein Drittel senken lassen. Die eingesetzte Tandemtechnologie darf dann jedoch nur wenig Mehrkosten gegenüber der heutigen Technologie aufweisen, schließlich sollen die Stromgestehungskosten insgesamt sinken. Hier versprechen Konzepte für hocheffiziente Tandemsolarzellen auf Basis des kristallinen Siliziums oder CIGS-Dünnschichtzellen in Kombination mit Perowskit-Halbleitern signifikante Wirkungsgradsteigerungen. CIGS steht als Abkürzung für die enthaltenen Elemente Kupfer, Indium, Gallium und Selenid bzw. Sulfid. Perowskite sind in der Photovoltaik-Forschung erst seit circa zehn Jahren relevant. Seitdem haben sie zu stark steigenden Wirkungsgraden geführt.

Alternativen dazu sind etwa Solarzellen aus Verbindungshalbleitern wie die sogenannten (III-V)-Halbleiter. Dazu gehören beispielsweise Galliumarsenid (GaAs) und Galliumindiumphosphid (GaInP). Grundsätzlich werden hierbei Materialien der chemischen Hauptgruppe III, also der Borgruppe, und der Hauptgruppe V, also der Stickstoff-Phosphor-Gruppe, kombiniert. Dadurch weisen diese Kombimaterialien die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern auf. Eine weitere Alternative sind Solarzellen aus organischen Materialien. Organische Materialien basieren auf Kohlenstoffverbindungen. Alle genannten Materialien haben hervorragende Eigenschaften, die sie für den Einsatz in der Photovoltaik prädestinieren.

Vom Labor zur industriellen Produktion

Neue Photovoltaik-Materialien unterscheiden sich in Herstellung und Verarbeitung von den etablierten Technologien. Sie lassen sich beispielsweise flexibel produzieren und sind kostengünstig im Materialeinsatz sowie bei der Herstellung und Verarbeitung. Einige Technologien weisen aber noch Defizite bei der Lebensdauer oder der Effizienz auf und haben daher andere Anwendungsfelder als die bekannten Technologien. Besonders interessant sind Innovationen, die sich in bestehende Produktionsverfahren integrieren lassen.

Ziel der Forschungsaktivitäten ist es, die technologische Basis zu schaffen, um neue Märkte zu erschließen. Insbesondere werden flexible Fertigungsstrategien und neue innovative Integrationskonzepte erarbeitet. Sie müssen mit intensiver Forschung und Entwicklung flankiert und dann industriell qualifiziert werden. Dies erstreckt sich über die gesamte Wertschöpfungskette vom Material über den Anlagenbau bis hin zum Produkt. Zentral ist dabei der Transfer der Ergebnisse, die unter Laborbedingungen erzielt wurden, hin zu einer industriellen Produktionsumgebung.

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