Kurz und bündig
Im Topic „Photovoltaik und Windenergie“ arbeiten Jülicher Forschende an den kommenden Generationen von Solarzellen und -modulen mit deutlich verbesserter Effizienz. Dazu entwickeln sie neue Materialien und Technologien und analysieren auch den Ertrag der Anlagen, hinterfragen ihren Lebenszyklus und planen zukunftsweisende Recyclingstrategien.
Herausforderungen
2,2 Millionen Solaranlagen liefern derzeit unter optimalen Bedingungen etwa 60 Gigawatt und damit rund zehn Prozent des in Deutschland produzierten Stroms. Bis zum Jahr 2030 soll die installierte Photovoltaik-Leistung in Deutschland auf 215 Gigawatt ausgebaut sein und bis 2040 auf 400 Gigawatt. Auf der Solarenergie liegen also große Hoffnungen. Eine der großen Herausforderungen: das perfekte Material zu finden. Mit Blick auf die Effizienz ist derzeit Silizium kaum zu toppen. Allerdings ist es mit Nachteilen behaftet: zu starr und schwer, schwierig zu recyceln.
Lösungen
Die Jülicher Forscher:innen verbessern sowohl bestehende Photovoltaikmodule aus Silizium und entwickeln gleichzeitig neue effiziente Solarzellkonzepte aus Perowskit- oder organischen Materialien.
Der Vorteil von organischen Photovoltaikzellen: Die Module können biegsam und zudem transparent sein, sie lassen sich in Fenster und Fassaden integrieren, in Innenräumen nutzen oder auf Feldern als Überdachungen einsetzen. Außerdem punkten sie mit einem günstigeren ökologischen Fußabdruck: Die Herstellungsprozesse sind umweltfreundlicher, das Material ist besser zu recyceln. Inzwischen liegt der Wirkungsgrad solcher Module im Labor bei fast 20 Prozent.
Eine Kombination aus fortschrittlichen Silizium-Heterojunction- und Perowskit-Solarzellen konnte sogar Wirkungsgrade von deutlich über 30 Prozent erreichen. Perowskit-Solarzellen sind kostengünstig druckbar sowie erstaunlich effizient. Jedoch sind Perowskite empfindlich gegenüber Feuchtigkeit, Sauerstoff und hohen Temperaturen, was zu einer schnellen Degradation der Zellen führen kann. Jülicher Forscher:innen optimieren die Herstellungsverfahren und verwendeten Materialien, um damit die Lebensdauer und Stabilität dieses Solarzelltyps zu verbessern.
Den Energiebedarf bei der Herstellung von herkömmlichen Silizium-Solarzellen zu reduzieren und das Recycling zu verbessern ist ein weiteres Ziel der Jülicher Forschenden. Hierzu wurde zum einen ein neues Verfahren entworfen, welches Silizium aus der Gasphase bei niedrigen Temperaturen auf ein Substrat abscheidet. Hierdurch wird eine Kostenreduktion um 50 Prozent sowie eine Einsparung an CO2-Emissionen von bis zu 75 Prozent erwartet.
In einem weiteren Projekt erproben Jülicher Teams alternative Designs von Silizium-Solarmodulen, die ohne Kunststoff auskommen und sich daher besser recyclen lassen. Auch der Materialeinsatz soll überdacht werden: Silber als Kontaktmaterial könnte, beim erwarteten exponentiellen Zubau an Photovoltaik, weltweit knapp werden. Die Jülicher Expert:innen untersuchen Kupfer und Graphen als Alternativen.
Kontakt
- Institute of Energy Materials and Devices (IMD)
- Photovoltaik (IMD-3)
Raum 4011
Forschungsgruppen
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