Strom aus Sonnenergie gewinnen – die Photovoltaik (PV) macht es möglich. Sie schreibt eine Erfolgsgeschichte: Die Preise für PV-Module sanken zwischen 2010 und 2020 um 90 Prozent. 2023 deckte die Solarenergie 12 Prozent des deutschen Stromverbrauchs. Damit der Anteil bis 2030 wie geplant auf 30 Prozent steigt, reicht jedoch eine hohe Investitionsbereitschaft allein nicht. Notwendig sind weitere technologische Fortschritte. Daran arbeiten Jülicher Wissenschaftler:innen.

Herausforderungen

Bislang sind vor allem Solarzellen verbreitet, die auf Silizium-Wafern beruhen. Diese haben Nachteile: Ihre Herstellung ist energieaufwendig, ihre Entsorgung oder ihr Recycling schwierig. Zudem besitzt China in der Wertschöpfungskette nahezu ein Monopol. Ein weiteres Manko: Kristalline Silizium-Solarzellen sind wenig biegsam und lassen sich daher schlecht in Gebäudefassaden oder Fahrzeuge integrieren.

Jülicher Ansätze

Daher erforschen Jülicher Wissenschaftler:innen alternative Technologien wie die Perowskit-PV oder die organische PV. Sie arbeiten aber auch an einer neuen Generation von Silizium-Wafer-Solarzellen, mit der sich besonders hohe Wirkungsgrade erzielen lassen.

Solarpanels müssten eigentlich für einen ewigen Kreislauf nach dem Vorbild der Natur gemacht sein: In einem Wald fallen die Blätter von den Bäumen – am Boden werden sie zersetzt und liefern somit das Material für neue Pflanzen.

Die Jülicher Forschung erstreckt sich auf nahezu alle Glieder der Wertschöpfungskette: Die Forschenden suchen und testen auf möglichst effiziente Weise neue Materialien. Sie entwickeln neue Bauelemente und kostengünstige Herstellungsverfahren für die Module. Sie koppeln Solarzellen an Speicher oder Elektrolyseure und integrieren sie zu einem System. Und schließlich kümmern sie sich auch um eine Kreislaufwirtschaft in der Photovoltaik und Recyclingverfahren.

Pluspunkte druckbarer Solarzellen

Organische Solarzellen und Perowskit-Solarzellen sind aus mehreren Gründen attraktive Alternativen zur klassischen Silizium-Photovoltaik: Erstens lassen sich die Materialien energiesparend herstellen. Zweitens sind die resultierenden Solarzellen flexibel formbar und können somit in Gebäudefassaden und andere Flächen eingebaut werden, die für die klassische Silizium-Photovoltaik nicht nutzbar sind. Drittens lässt sich der spektrale Bereich, in dem sie Licht absorbieren, anpassen: Das ermöglicht die Herstellung von Mehrfachsolarzellen mit besonders hohem Wirkungsgrad ebenso wie von Zellen, die gezielt Licht für das Wachstum von Nutzpflanzen durchlassen. Und schließlich können beispielsweise Perowskit-Solarzellen sehr effizient recycelt werden.

Jülicher Forschende arbeiten daran, druckbare organische Solarzellen und Perowskit-Solarzellen insbesondere hinsichtlich der Herstellung im industriellen Maßstab, ihrem Wirkungsgrad und ihrer Lebensdauer zu verbessern, um ihnen so zu einem Durchbruch im Massenmarkt zu verhelfen.

_{Text: Frank Frick}

Weitere Informationen

Topic im Helmholtz-Forschungsbereich Energie

Photovoltaik und Windenergie

Im Topic „Photovoltaik und Windenergie“ arbeiten Jülicher Forschende an den kommenden Generationen von Solarzellen und -modulen mit deutlich verbesserter Effizienz.

Institutswebsite

HI-ERN

Das Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) erforscht und entwickelt material- und prozessbasierte Lösungen für eine klimaneutrale, nachhaltige und kostengünstige Nutzbarmachung erneuerbarer Energien.

Institutswebsite

Photovoltaik

Am Institute of Energy Materials and Devices - Photovoltaik (IMD-3) werden neuartige Materialien sowie innovative Bauelementarchitekturen für die nachhaltige Photovoltaik auf der Basis dünner Schichten erforscht.

Artikel

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