“Das Potenzial von Dünnschichtsolarzellen ist riesig”

In puncto Preis, Leistung und Umweltverträglichkeit werden die schlanken Zellen, die rund 100 Mal dünner und dadurch entsprechend leichter als herkömmliche Silizium-basierte Zellen sind, stetig verbessert. Zudem lassen sie sich günstiger und in vielfältigen Formen produzieren, sogar in biegsamer Ausführung. “Der Anteil der Dünnschichtsolarzellen beträgt derzeit weltweit etwa zehn Prozent, wächst aber beständig. Wir forschen an neuen, günstigen, ungiftigen und frei verfügbaren Materialien für solche Photovoltaikmodule”, so Christoph Mayr vom AIT (Austrian Institute of Technology) gegenüber der futurezone.

Die Dünnschicht-Technik hat den Vorteil, dass sie homogene Elemente erlaubt, die nicht aus einzeln zu verbindenden Zellen bestehen. Außerdem muss nicht auf Silizium als Material zurückgegriffen werden. Das ermöglicht Produktionsprozesse, die deutlich kostengünstiger sind als bei herkömmlichen Modulen. “Am AIT wird an einem Projekt gearbeitet, in dem versucht wird, Dünnschicht-Elemente zu drucken. Das funktioniert wie bei einem Rollenrotationsdruckverfahren, was Material und Energie spart”, erklärt Mayr.

Aber auch andere Verfahren, wie sie etwa von der Beschichtung von Gläsern oder Bügeleisen bekannt sind, können im Herstellungsprozess angewendet werden. Als Trägermaterial können sowohl Glas als auch Kunststoffe zum Einsatz kommen, was auch die Herstellung flexibler Elemente erlaubt. Diese können auch im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden, ähnlich wie beim Druck von Etiketten. Hier arbeitet man noch an der Verbesserung des Verfahrens und an der UV-Beständigkeit des Kunststoffs. In zwei bis drei Jahren sollte der Prozess marktreif sein, sagt Mayr.

Ungiftige Materialien

Die größte Herausforderung bei den Dünnschichtsolarzellen ist die vergleichsweise noch geringe Effizienz. “Die Forschung steht hier erst am Anfang. Derzeit sind im Labor maximal 16,5 Prozent Modulwirkungsgrad möglich. Mit monokristallinen Elementen aus Silizium sind dagegen bereits 25 Prozent erreicht worden”, erklärt der AIT-Fachmann. Der theoretische Maximalwirkungsgrad liegt bei rund 33 Prozent. Mit kristallinem Silizium werden derzeit allerdings nur geringe Fortschritte gemacht, etwa durch Systeme, die verschiedene Zellaufbauten vereinen, um einen größeren Bereich des einfallenden Lichtspektrums verwenden zu können, durch sogenannte Multi-Junction Cells. “Bei Dünnschicht-Zellen sind größere Fortschritte zu erwarten, da die Technik noch jung ist. Das Potenzial ist riesig”, sagt Mayr.

Der Wirkungsgrad alleine ist aber nicht entscheidend. Die Öko-Bilanz der Module und vor allem die Kosten pro Watt geraten zunehmend in den Fokus der Forschung. “Dünnschichtzellen müssen aus ungiftigen Materialien hergestellt werden, die hinsichtlich Vorkommen und politischen Rahmenbedingungen leicht verfügbar sein sollen. Indirekt ist der Wirkungsgrad entscheidend, da er ein Kostenfaktor ist”, so Mayr. Dünnschichtzellen haben derzeit noch einen Vorteil, was die Kosten pro Watt angeht. In einigen Nischen - etwa wenn Flexibilität erforderlich ist oder nur diffuses Licht zur Verfügung steht - haben sich die Dünnschichtmodule bereits durchgesetzt.

Hightech Zukunft

Sobald die Produktionskosten durch neue Verfahren noch weiter gesenkt werden können, werden Dünnschichtmodule auch dazu beitragen, dass Strom aus Photovoltaik günstiger produziert werden kann. “Über Skaleneffekte wird der Preis sicher noch ein wenig sinken. Allerdings ist bei einem Hausdach mit einer typischen drei Kilowatt-Anlage schon heute die Photovoltaikzelle nicht mehr der größte Kostenfaktor. Wechselrichter, Elektronik, Verkabelung und Installation sind mindestens genauso wichtig. Hier gibt es noch Potenzial, etwa indem an Systemen gearbeitet wird, die unter geringsten Aufwänden nur noch zusammengesteckt werden müssen”, sagt Mayr.

Für die Verwendung von Dünnschichtzellen beispielsweise in Gebäudehüllen müssen auch noch Lösungen für Verkabelung, Elektronik und Anschlüsse gefunden werden. Dann könnten in Zukunft ganze Gebäude mit Solarzellen beklebt werden, ohne dass Grünflächen für die Stromversorgung geopfert werden müssten. Dann könnten auch ästhetisch neue Wege gegangen werden. In Zukunft könnten neue Materialien wie Graphen oder Perovskite eine weitere Steigerung der Effizienz von Photovoltaikanlagen bringen.

Die Zubauraten für Photovoltaikanlagen sind jedenfalls weltweit im Steigen begriffen, auch wenn die Zeiten der üppigen Subventionen mittlerweile fast überall vorbei sind. “Vor allem in den Schwellenländern, wo derzeit eher Geld und politische Durchsetzungskraft vorhanden sind, wird enorm zugebaut. Aber auch in den USA und Europa gibt es ehrgeizige Zielsetzungen. In Österreich wurden im vergangenen Jahr Photovoltaikanlagen mit einer Kapazität von über 200 Megawatt installiert. Insgesamt gibt es mit Ende 2013 damit rund 626 Megawatt im Land”, so Mayr.

Dieser Artikel ist im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und AIT entstanden.