PV-Schub durch neue Technik
Die Photovoltaik ist eine tragende Säule bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Nach Angaben der International Renewable Energy Agency (IRENA) lag die globale Stromerzeugung aus Photovoltaik-Anlagen 2012 bei mehr als 96 Terawattstunden (TWh, eine TWh = eine Milliarde Kilowattstunden) und stieg bis 2020 auf knapp 831 TWh. In Deutschland stieg laut Umweltbundesamt im gleichen Zeitraum die Stromerzeugung aus Photovoltaik von rund 27 TWh auf fast 50 TWh. Da ist im ehemaligen Solarvorreiterland Deutschland also noch Luft nach oben.
Das Potenzial der Photovoltaik ist noch lange nicht ausgeschöpft. Allerdings wird bisher bei der Herstellung der Solarzellen wertvolles Silber für die Leiterbahnen und Kontakte verwendet. Doch die Preise für das Edelmetall steigen. Silber macht heute rund 10 Prozent des Herstellungspreises für eine Solarzelle aus und ist nur begrenzt verfügbar. Die Solarindustrie verarbeitet 15 Prozent des weltweit in Minen abgebauten Silbers. Durch das starke PV-Wachstum müsste dieser Anteil stark steigen. Das ist aber kaum realisierbar, da auch andere Branchen (Elektromobilität, 5G-Technologie, ...) höhere Silberverbräuche für die Zukunft benötigen. Es besteht also Bedarf an technologischen Innovationen abseits vom Silber.
Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben sich dieser Herausforderung angenommen. Das in Freiburg (Breisgau) ansässige Institut ist mit rund 1400 Mitarbeitenden das größte Solarforschungsinstitut Europas. Ein Team aus Forscherinnen und Forschern hat ein Galvanikverfahren entwickelt, bei dem das Silber durch Kupfer bei der vielversprechenden Heterojunction-Technologie (geringer Siliciumverbrauch, sehr umweltfreundlich, erreicht die höchsten Wirkungsgrade) ersetzt wird. Kupfer ist um ein Vielfaches preiswerter und leichter verfügbar, auch Deutschland hat viel Kupfer.
Auch die nur aufwändig zu entsorgenden Polymere, die bei der Galvanik in der Produktion anfallen, konnten die Forschenden ersetzen. Sie nutzen stattdessen Aluminium, das leicht und vollständig (ebenso wie Kupfer) recycelt werden kann. Der doppelte Umstieg – von Silber auf Kupfer und von Polymer auf Aluminium – bringt auch einen doppelten Vorteil: Die Herstellung der Solarzellen wird noch nachhaltiger und gleichzeitig deutlich kostengünstiger.
Um die neue Technologie schnell auf den Markt zu bringen, wurde das Spin-off PV2+ gegründet. Das Unternehmen hat seinen Sitz ebenfalls in Freiburg. Es will bereits Anfang 2023 gemeinsam mit Industriepartnern eine Pilotproduktion aufbauen.
Prof. Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE, erklärt: „Die innovativen Solarzellen sind ein wichtiger Baustein für die zukünftige Stromversorgung aus erneuerbaren Energien und werden der Photovoltaik-Branche einen dringend benötigten Schub verleihen. Das Spin-off hat beste Chancen, sich schnell und erfolgreich auf dem Markt zu etablieren.“ Auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Vorhaben im Rahmen seines Gründerprogramms „Exist“.
Quellen:
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (ise.fraunhofer.de)
Spin-off PV2+
Forschung Kompakt September 2022 – Kupfer statt Silber: Neuer Schub für die Solarzellen [ PDF 0,2 MB ]
