Photovoltaikmodule werden seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt - anfangs nur in der Raumfahrt, heute sind viele Dächer oder Solarparks damit ausgestattet. Seit der Markteinführung wurde immer wieder daran geforscht, den Wirkungsgrad der Solarzellen zu verbessern.
Bei der Herstellung von Solarzellen kommt vor allem Silizium, dessen Wirkungsgrad aber begrenzt ist, zum Einsatz. Bei der Suche nach Alternativen spielt das Mineral Perowskit eine immer größere Rolle. Das allgemeine Forschungsziel der PeroTec-Produktionstechnik, die einen industriellen Einsatz von neuartigen Perowskit-Materialien beinhaltet, ist die Etablierung einer neuen Photovoltaiktechnologie, die gegenüber der zentralen Produktion in China andere dezentrale Geschäftsmodelle insbesondere in der Glasindustrie ermöglicht. Hierzu sind spezifische Entwicklungen in der Glasveredelung und Funktionalisierung sowie der thermischen Fügetechnik erforderlich. In einem Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung sollen diese Entwicklungen in enger Kooperation mit den entsprechenden Industrieunternehmen vorangetrieben werden.
Material- und Energiekosten von Solarpanels enorm reduzieren
Der Lösungsansatz besteht darin, sehr preisgünstige Glassubstrate und effiziente neuartige Absorbermaterialien aus Perowskit mit einfachen Herstellungsverfahren nach dem Prinzip des „reversed engineering“ (Umkehrung des Entwicklungs- beziehungsweise Produktionsprozesses vom Produkt hin zur Konstruktionszeichnung) zu kombinieren. Dadurch werden die Material- und Energiekosten von Solarmodulen nahezu auf die der Glassubstrate reduziert. Der momentane Standortvorteil einer zentralisierten und energieaufwändigen PV-Produktion in China würde damit entfallen, da Flachglas weltweit dezentral in den Märkten produziert und verarbeitet wird. Für die weltweit starke deutsche glasverarbeitende und -veredelnde Industrie und die international aufgestellten Glas-Maschinenbauer (KMU) erweitert diese Produktionstechnologie das traditionell erfolgreiche Geschäftsmodell.
Ein Teilprojekt befasst sich mit der grundlegenden Material- und Schichtentwicklung sowie mit der Bereitstellung der Glassubstrate für die Perowskit-Solarmodule. Im ersten Schritt werden zugekaufte Glassubstrate mit einer transparenten Elektrodenschicht laserstrukturiert. Zum gasdichten Fügen wird ein druckfähiges Glaslot, eine Art „Klebstoff“ aus Glas für Glas, entwickelt. Glaslot sowie Elektrodenschichten werden mit Siebdruck und Vakuumbeschichtung auf das Glas aufgebracht. Im zweiten Teilprojekt werden Scheibenpaare thermisch zusammengefügt und die Module fertiggestellt.
Das vorwettbewerbliche IGF-Vorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit öffentlichen Mitteln gefördert und soll 2023 abgeschlossen sein. Die Forschungsergebnisse des Projekts können von allen interessierten KMU genutzt werden. (frd)
Forschungsvereinigung:
Forschungsgemeinschaft Technik und Glas e.V. - FTG
Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS
Forschungseinrichtungen:
Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Foto: canva