Kostengünstige Solarzellen mit hoher Effizienz

Photovoltaik-Geräte (PV) sind heute auf Dächern und in Solarparks in ganz Europa zu finden, aber eine flächendeckende Umsetzung scheitert immer noch an den Kosten und Effizienzeinschränkungen. Das EU-finanzierte Projekt NANOPV ("Nanomaterials and nanotechnology for advanced photovoltaics") befasst sich mit aktuellen Engpässen bei der Produktion mit großtechnischen Verfahren und mit Anlagen für die PV-Produktion mit Nanomaterialien.

Das Konsortium untersuchte eine Vielzahl solcher Materialien, von nulldimensionalen Quantenpunkten, Nanokristallen und Nanopartikeln bis hin zu 1D-Nanodrähten und -Nanostäbchen sowie ultradünnen 2D-Nanoschichten. Neben Materialien für eine bessere Effizienz entwickelten die Wissenschaftler auch kosteneffiziente großtechnische Verfahren und Anlagen für die Integration in bestehende Pilot- und industrielle Produktionsanlagen.

Nanomaterialien können die Effizienz durch eine bessere Nutzung des elektromagnetischen Spektrums erheblich verbessern. Ziel war ein Anstieg der Effizienz von mehr als 20% für waferbasierte Siliziumgeräte und mehr als 15% für Silizium-Dünnschicht-Solarzellen. Die Wissenschaftler bewerteten außerdem kostengünstige Solarzellen komplett aus Nanomaterialien.

Die Forscher demonstrierten eine beeindruckende Effizienz mit transparenten leitfähigen Oxid-Nanodrähten, Silizium-Nanodrähten und Nanoschichten mit eingebetteten Nanopartikel aus Silizium oder Indium. Auf Basis dieser Konzepte wurden erste Solarzellen entwickelt und hergestellt.

Waferbasierte Siliziumsolarzellen mit einer Steigerung des Wirkungsgrads von über 20% konnten in industriellen Anlagen produziert werden. Die Wissenschaftler definierten Konzepte für die Verarbeitungsketten für drei der vielversprechendsten Solarzellenkonzepte.

Das Team setzte ein Kostenziel von deutlich weniger als 1 EUR pro Watt-Peak, also der maximalen Ausgangsleistung eines 1 qm großen Solarmoduls bei 25 Grad Celsius. Es wurde eine Technologieplattform entwickelt, die die gesamte Fertigungskette für eine optimale Nutzung der Technologie durch eine kostengünstige und hochdurchsatzfähige Herstellung umfasst. Das Kostenzielt von NANOPV konnte dank der kosteneffektiven Verarbeitung von Nanomaterialien erreicht werden.

NANOPV trug zur Entwicklung einer sicheren und kostengünstigen Energieversorgung auf Basis nachhaltiger PV-Geräte bei. Die Technologien werden die Wettbewerbsposition der EU auf diesem Zukunftsmarkt verbessern.