Aktuell / 03.03.2017

Experten diskutieren künftige Photovoltaik-Forschung

Ein Ergebnis erfolgreicher Forschungsförderung: Der Rekord-Wirkungsgrad von 21,9 Prozent für Solarzellen aus multikristallinem n-Typ-Siliziummaterial. Die Zelle hat eine Fläche von 2 mal 2 Zentimeter, ist sehr gut entspiegelt, erscheint nahezu schwarz, und es sind kaum noch Korngrenzen des Siliziummaterials zu erkennen. © Fraunhofer ISE

An der ersten Vollversammlung des Forschungsnetzwerks „Erneuerbare Energien“ in Berlin nahmen rund 120 Experten aus Forschungseinrichtungen, Industrie und Politik teil. Sie diskutierten über aktuelle Entwicklungen in der Photovoltaik, Systemtechnik, Anlagenbau und Komponentenherstellung.

Schwerpunkte der Veranstaltung lagen auf kristallinem Silizium, konzentrierender Photovoltaik, Systemtechnik und CIS-Dünnschichttechnologie.

Der Ausbau der Nutzung der erneuerbaren Energien ist ein zentraler Bestandteil der Energiewende. Um diese Entwicklung weiter voranzutreiben, sind Innovationen in Forschung und Entwicklung notwendig. Das Forschungsnetzwerk Erneuerbare Energien dient daher als Schnittstelle zwischen Politik, Wirtschaft und Wissenschaft, um wichtige Forschungsschwerpunkte zu definieren und passende Förderstrategien zu entwickeln. Aktuell wirken sechs weitere Forschungsnetzwerke an der Vorbereitung eines neuen Energieforschungsprogramms mit; sie behandeln folgende Themen: Industrie und Gewerbe, Gebäude und Quartiere, Stromnetze, Systemanalyse, Flexible Energieumwandlung sowie energetische Biomassenutzung.

 

Rainer Baake, Staatssekretär im Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, eröffnete die zweitägige Expertentagung im Berliner Umweltforum. Er betonte: „Die Photovoltaik ist eine der tragenden Säulen der Energiewende. In der Vergangenheit haben Forschung und kontinuierliche Entwicklung zu einer kaum geahnten Kostendegression beigetragen. Künftig wird der systemische Ansatz in der Forschung immer wichtiger, damit die Integration der Photovoltaik in das Stromsystem, in die Industrie und in Gebäuden gelingt.“ Konsequente erfolgreiche Forschung und Entwicklung ermöglichten es, immer leistungsfähigere Photovoltaik-Anlagen kostengünstiger herzustellen. Die weltweit installierte Photovoltaik-Kapazität wuchs 2016 auf das Rekordniveau von rund 295 Gigawatt.

 

Auf der Tagung diskutierten die Teilnehmer über die Entwicklung und die strategischen Forschungsschwerpunkte der Photovoltaik. In fünf Arbeitsgruppen trugen sie zusammen, welchen Forschungsbedarf sie bei den unterschiedlichen Technologien und Verfahren sehen. Die Ergebnisse sollen in den kommenden Monaten für eine programmatische Neuausrichtung der Energieforschung in einem neuen Energieforschungsprogramm der Bundesregierung genutzt werden.

 

Reduzierte Kosten und Weltrekord

Innerhalb des Vorhabens multiTOP erreichten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme mit einem Wirkungsgrad von 21,9 Prozent einen neuen Rekord für multikristalline Silizium-Solarzellen. Sie gehen davon aus, dass sich mit dem neuen Material- und Technologieansatz der Wirkungsgrad multikristalliner Zellen künftig noch weiter steigern lässt. Die Solarzelle besteht aus n-Typ High Performance (HP) multikristallinem Silizium. Dieses hat eine höhere Toleranz gegenüber Verunreinigungen, wie etwa Eisen, verglichen mit p-Typ-Material.

 

Im Bereich Silizium-Photovoltaik sind sich die Experten einig, dass die bisher dominierende Technologie Al-BSF (ganzflächiges Aluminium Back Surface Field) durch sogenannte PERL-Solarzellen (Passivated Emitter, Rear Locally Diffused) bzw. PERT-Zellen (Passivated Emitter Rear Totally Diffused)-mit einer diffusen Rückseite abgelöst wird.

 

Als langfristig vielversprechend schätzen sie die sogenannte Heterojunction-Technologie ein. Diese verbindet die Vorteile kristalliner Siliziumsolarzellen mit den exzellenten Absorptions- und Passivierungseigenschaften von amorphem Silizium. Diese Zellen erzielen hohe Wirkungsgrade und zu ihrer Herstellung sind deutlich weniger Prozessschritte erforderlich, was zudem Kosten reduziert.

 

Auch bei der noch jungen Perowskit-Technologie wurden innerhalb weniger Jahre erhebliche Fortschritte bei Wirkungsgrad und Stabilität erreicht, im Labor Werte im Bereich von 22 Prozent. Verbesserungsbedürftig ist insbesondere noch die Langzeitstabilität der Verbindungen, außerdem müssen diese aufgrund ihres Bleigehaltes als ökologisch bedenklich eingestuft werden.

 

In den Vorhaben ENOWA I und II  untersuchten Forscher, wie sich die Herstellung von Wafern für Solarzellen durch den Einsatz von Diamantdrahtsägen effektiver und preisgünstiger gestalten lässt. Inzwischen entschied sich Solarworld dafür, den Wafer-Trennprozess komplett auf diese Technologie umzustellen.

 

Studie zum deutschen Energiesystem bis 2050

Wissenschaftler des Fraunhofer ISE untersuchten in ihrer modellbasierten Studie „Energiesystem Deutschland 2050“, wie sich die energiebedingten CO2-Emissionen langfristig durch verbesserte Energieeffizienz und erneuerbare Energien reduzieren lassen. Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, sei demnach ein jährlicher PV-Zubau von 3,5 bis 6 Gigawatt erforderlich. Doch gegenwärtig bleibt der Zubau weit darunter. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass bis 2050 zur Versorgung 150 bis 250 Gigawatt an erneuerbaren Energien nötig würden. Dabei stiege auch der Stromverbrauch gegenüber heute um etwa 42 Prozent. Und das trotz Einsparungen von rund 25 Prozent durch effizienteren Betrieb bei den klassischen Verbrauchern. Das liege daran, dass für die Bereitstellung von Wärme und chemischen Treibstoffen, zum Beispiel durch Elektrolyse, zusätzlich Strom gebraucht werde.

Verknüpfte Projekte

  • Die Hersteller von Solarzellen und Photovoltaik-Anlagen entwickeln ständig neue Lösungen, um sie die Produktionsprozesse entlang der Kette vom Silizium bis zum Modul zu verbessern. Ihr Ziel ist es, den Wirkungsgrad der Zellen und Module zu steigern und Produktionskosten zu senken. ... mehr

Infotipp

Solarzellen günstiger produzieren
BINE-Projektinfo 02/2017

Link

Forschungsnetzwerk Erneuerbare Energien

Die inzwischen sieben Forschungsnetzwerke Energie funktionieren als Schnittstelle zwischen Politik, Wirtschaft und Wissenschaft.
Der Projektträger Jülich koordiniert das Forschungsnetzwerk Erneuerbare Energien im Auftrag des BMWi.