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Anfang war die Idee
Kommunikation über alles
Auch die Geschichte der «Sprachübertragung mittels elektrischer
Signale» beginnt schon sehr früh im 19. Jahrhundert.
Informationen jeder Art konnten nun schnell und
sicher übermittelt werden. Über die Jahrzehnte ist das
Telefon zu einem unersetzlichen Bestandteil des täglichen
Lebens und einem Treiber der Globalisierung geworden.
Hochleistungssolarzellen
Durch die Beschichtung von herkömmlichen auf Silizium basierenden
Solarzellen mit Materialien, die das Mineral Perowskit
enthalten, wird die Lichtabsorption verstärkt und die Zellen damit
effizienter. Durch die höhere Effizienz wird der Solarstrom
günstiger. Bis 2025 soll die neue Technologie ausgereift sein
und auf dem Markt eingeführt werden. Die Forschungen des
CSEM im Bereich Photovoltaik (PV) konzentrieren sich nicht nur
auf die Leistungsfähigkeit einzelner Solarzellen sondern befassen
sich auch mit Optimierungen bei der Herstellung ganzer
PV-Module, u.a. durch den Einsatz neuartiger Materialien, sowie
mit der Integration von PV-Modulen in die Gebäudehülle.
Welche Vorteile haben die neuen Solarzellen, die am CSEM
entwickelt wurden, gegenüber herkömmlichen Solarzellen?
Das Bridge-Projekt konzentrierte sich auf eine neue Solarzellentechnologie,
die als Tandems bezeichnet werden, da diese
zwei Solarzellen kombinieren, um
das Sonnenspektrum besser auszunutzen.
Durch das Hinzufügen
einer dünnen Solarzelle aus Perowskit
Material auf der Vorderseite
einer herkömmlichen Zelle auf
Siliziumbasis (oder CIGS) kann der
Umwandlungswirkungsgrad verbessert
werden, und das potenziell
bei niedrigen zusätzlichen Produktionskosten.
Zum Vergleich: Die Perowskit
Solarzelle ist 100-mal dünner
Jedes Dach ein Stromproduzent
«Ich wünsche mir einfach und kostengünstig
realisierbare Solarstromproduktion auf unseren
Dächern und dazu echt gute Beratung.
Eigentlich müsste das keine Utopie sein…»
als die Dicke eines Haares - das Hinzufügen von Perowskit
verändert das Aussehen der darunter liegenden industriellen
Zelle nur geringfügig. Die Idee ist, am Ende einer Produktionskette
für Solarzellen einige Fertigungsschritte hinzuzufügen,
um durch die Hinzufügung dieser zweiten Perowskit-Solarzelle
einen höheren Wirkungsgrad von etwa 20 % zu erreichen, wodurch
die Kosten für Solarstrom gesenkt werden könnten.
Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, um eine industrielle
Produktion der neuen Solarzellen zu ermöglichen? Wie gestaltet
sich die Zusammenarbeit mit
den Industrieunternehmen?
Derzeit sind die Umwandlungswirkungsgrade
gut und nähern sich
30%, wenn man (in kleinen Größen,
typischerweise 1 cm2) eine
Siliziumzelle mit einer Perowskitzelle
kombiniert, was das Potenzial
dieser Art von Tandemanordnung
auf Laborebene bestätigt.
Das Bridge-Power-Projekt hat es
uns ermöglicht, unsere Umwandlungswirkungsgrade
zu verbessern
(unser Rekord liegt nun bei 29,2% auf 1 cm2), die Größe
unserer Solarzellen zu erhöhen und ihre Stabilität zu verbessern.
Die nächsten Schritte in der Entwicklung dieser Technologie
werden in diese Richtung weitergehen und sich auf die
letzten beiden Punkte konzentrieren: die Größe der Tandem-
Anordnungen erhöhen, um die gleiche Größe wie industrielle
Siliziumsolarzellen zu erreichen (>200 cm2), und die Betriebsstabilität
verbessern, um ebenfalls die Siliziumstandards zu
erreichen (80% des ursprünglichen Wirkungsgrads garantiert
nach >25 Jahren im Feld). Die Technologie entwickelt sich
schnell, aber es ist noch ein weiter Weg, bis diese Art von Tandemsolarzellen
zu einem kommerziellen Produkt wird.
Das CSEM arbeitet zusammen mit mehreren Unternehmen an
diesem Thema. Die meisten sind Hersteller von Solarzellen auf
Siliziumbasis, die versuchen, den Wirkungsgrad ihrer Zellen zu
erhöhen. Es ist ein wachsendes industrielles
Interesse an der Technologie
zu verzeichnen: Sie ist derzeit
die vielversprechendste, um einen
Wirkungsgrad von 30% bei angemessenen
Produktionskosten zu
erreichen (zum Vergleich: Silizium
wird in der industriellen Produktion
bei etwa 25% stagnieren - dann
wird es seine praktische Grenze erreicht
haben).
Können die für diese Solarzellen
verwendeten Rohstoffe nachhaltig abgebaut oder am Ende der
Lebensdauer der Zellen wiederverwertet werden?
Das erste Ziel ist es, ein nachhaltiges Produkt herzustellen, das
eine Lebensdauer von >25 Jahren hat (unter Außenbedingungen,
wie Silizium). Wie in der übrigen Photovoltaikbranche soll
ein auf dieser Tandemtechnologie basierendes Recyclingsystem
für Solarmodule eingerichtet werden, und zwar sowohl
aus ökologischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen.
Das Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique
CSEM in Neuchâtel betreibt sowohl
angewandte als auch von der Industrie in Auftrag
gegebene Forschung und Entwicklung. Es ist als
öffentlich-private Partnerschaft in Form einer AG
organisiert und hat 525 Mitarbeitende. Ziel des
CSEM ist es, weltweit führende (Mikro)technologien
zu entwickeln und diese in die Industrie zu
transferieren. Quentin Jeangros, Gruppenleiter
beim CSEM, hat unsere Fragen beantwortet.
www.csem.ch
Arno Noger
Mitglied Kantonsparlament St.Gallen
/www.csem.ch
