Wissenschaftler wollen PV-Technologie anhand der Erdkruste sicher voranbringen
STARCELL wurde ins Leben gerufen, um die Entwicklung einer Dünnschicht-PV-Technologie voranzubringen, die ausschließlich auf Materialien basiert, die in der Erdkruste reichlich vorhanden sind. Ein kritisches Unterfangen, wenn man bedenkt, dass der Großteil der auf dem Markt erhältlichen PV-Anlagen mindestens ein Element enthält, das die Europäische Kommission mit einem hohen Versorgungsrisiko in Verbindung bringt, also als kritischen Rohstoff einstuft. Eines dieser Elemente ist Indium, das großflächig in der Halbleiterindustrie und bei der Herstellung von Beschichtungen eingesetzt wird. Das Projekt schließt sich führenden europäischen Institutionen an, die Vorreiter bei der Entwicklung dieser Technologie sind. Gemeinsam mit Partnern aus Japan und den Vereinigten Staaten arbeitet STARCELL daran, „die größten grundsätzlichen Probleme zu ermitteln und zu lösen, die den Umwandlungswirkungsgrad von Solaranlagen aktuell begrenzen“, berichtet Dr. Edgardo Saucedo, der Projektkoordinator. Umstellung auf Materialien mit geringem Versorgungsrisiko erleichtern Die gewünschten Materialien gehören zu einer Gruppe von Halbleitern, die allgemein als Kësterit bekannt sind und durch Kupfer, Zink, Zinn, Schwefel und Selen gebildet werden. Diese Elemente gehen für Europa mit einem geringen Versorgungsrisiko einher. Kësterit weist bezüglich der Eigenschaften außerdem Ähnlichkeiten zu einer anderen Familie von Materialien auf, die für Photovoltaikanlagen geeignet sind: den Chalkopyriten. „Dadurch können die meisten Fabriken, die Cu(In,Ga)(S,Se)2, also die relevanteste Dünnschicht-PV-Technologie in Europa, produzieren, ihre Produktion problemlos auf Kësterit umstellen oder damit ergänzen“, verrät Dr. Saucedo. STARCELL möchte einen Anlagenwirkungsgrad von 15 bis 18 % erreichen. „Das stellt eine große Herausforderung für diese Technologien dar“, erklärt der Koordinator. „Es ist jedoch sehr wettbewerbsfähig, da Kësterit durch relativ günstige Materialien gebildet wird, was einen großen Einfluss auf die Senkung der Kosten für PV-Technologie haben kann.“ Herausforderungen für den Wirkungsgrad und die Beschränkungen Von all den Ergebnissen, die durch STARCELL erreicht wurden, gehört „die Kombination aus Materialmodellierung, maßgeschneiderter Synthese und fortschrittlicher Charakterisierung zur Identifizierung der Hauptmechanismen, die den weiteren Fortschritt in Bezug auf den Umwandlungswirkungsgrad der Solaranlagen einschränken“ für Dr. Saucedo zu den wichtigsten. Lösungen auf Basis von Dotierungs- und Legierungsstrategien werden ebenfalls erfolgreich angewendet. „Dadurch sind reproduzierbare Wirkungsgrade zwischen 11 und 13 % möglich, wenn innovative Lösungen entwickelt werden“, so Dr. Saucedo. Er fügt hinzu, dass derartige Fortschritte außerdem den Grundstein dafür legen, dass Kësterit bis zum Projektende 2019 den Technologiereifegrad 5 erreicht. „Noch immer müssen viele Herausforderungen zu diesem komplexen und faszinierenden Material überwunden werden“, so der Koordinator weiter, wobei er anmerkt, dass sich die größten Herausforderungen auf das Verständnis der wesentlichen Beschränkungen des Wirkungsgrads beziehen. Dennoch „betreibt STARCELL eine intensive Forschung zu all diesen Herausforderungen.“ Zukünftige Auswirkungen Die STARCELL-Technologie kann eine langfristige Auswirkung auf die Konsolidierung einer strategischen europäischen PV-Industrie haben. Dr. Saucedo führt weiter aus: „Da Kësterit ganz frei von kritischen Rohstoffen ist, ist es für die Massenproduktion von PV-Modulen geeignet, ohne dass Materialeinschränkungen hingenommen werden müssen. Somit verringert sich das Versorgungssicherheitsrisiko für die Industrie.“ Es verspricht auch Vorteile für die europäische Bevölkerung. Eine vollständig nachhaltige PV-Technologie, die komplett in Europa hergestellt wird, wird zu einer Verbesserung der Energiesicherheit führen, gute Arbeitsplätze schaffen und dazu beitragen, die Sichtweise der Gesellschaft auf die Erzeugung von Ökostrom zu verbessern. Die Fortsetzung der Projektarbeit soll außerdem „relevante Erkenntnisse für die zukünftige Nutzung und Kommerzialisierung der Technologie mit sich bringen.“
Schlüsselbegriffe
STARCELL, PV, Kësterit, kritischer Rohstoff, PV-Technologie, Umwandlungswirkungsgrad, Solarzelle, geringes Versorgungsrisiko, PV-Module, Photovoltaik
