Mit Hocheffizienz zur Ressourceneffizienz bei der Energiewende
»Unsere Vision ist es eine effizientere und ökologischere Photovoltaikindustrie in Europa aufzubauen. Zudem glauben wir, dass die Ergebnisse unserer Arbeit andere Bereiche der III-V-Halbleiterindustrie signifikant verändern werden und hierbei zu mehr Nachhaltigkeit beitragen, insbesondere wenn jährlich hunderte Tonnen GaAs eingespart werden können.«
Zielsetzung
Ziel des Projektes ist die Entwicklung hocheffizienter Photovoltaikmodule auf Basis ultra-dünner III‑V-Mehrfachsolarzellen, die Wirtschaftlichkeit, Ökologie und maximale Effizienz miteinander verbinden.
Im Rahmen des Projekts soll erstmals eine vom Substrat abgelöste III-V-Mehrfachsolarzelle mit einer Dicke von nur drei Mikrometern (0,003 mm) realisiert werden, die einen Wirkungsgrad von über 35 % ohne Lichtkonzentration erreicht. Für die Herstellung werden rund 20 Einzelschritte entwickelt – vom Substrat über die Epitaxie und Metallisierung bis hin zu Antireflexionsschichten –, die optimal aufeinander abgestimmt werden müssen.
Die Produktionstechnologie wird so weiterentwickelt, dass sie nicht nur für kleine Flächen geeignet ist, sondern auch eine Skalierung in den Gigawatt-Produktionsmaßstab ermöglicht. Hierzu werden Anlagen und Prozesse für die Hochraten-Epitaxie sowie zur Herstellung von Kontakten und Antireflexionsschichten ohne Reinraumprozesse entwickelt.
Teure Einkristalle (z.B. aus Germanium), auf welchen die Solarzellenschichten abgeschieden werden, sollen im Prozess abgelöst und mehrfach verwendet werden. Dies spart wertvolle Ressourcen und macht die Solarzellen deutlich kostengünstiger.
Bei erfolgreicher Umsetzung stellt das Projekt nicht nur einen bedeutenden Fortschritt in der Photovoltaikforschung dar, sondern eröffnet zugleich die Perspektive für den Aufbau einer neuen, international wettbewerbsfähigen Photovoltaikindustrie in Europa, die sich durch deutlich höhere Modulwirkungsgrade auszeichnet.
Parallel dazu sollen die entwickelten Zellprozesse in konzentrierenden Solarmodulen der neuesten Generation (micro-CPV) eingesetzt werden, bei denen das Sonnenlicht um ein Vielfaches konzentriert wird. Es soll nachgewiesen werden, dass diese Technologie eine besonders ökologische Möglichkeit zur Solarstromerzeugung in sonnenreichen Regionen darstellt. Der erzeugte Strom kann anschließend unter anderem durch Elektrolyse in Wasserstoff oder andere chemische Energieträger umgewandelt werden.
Hierfür werden die micro-CPV-Module sowie deren Herstellungsprozesse an die neuen Dünnschichtsolarzellen angepasst. Zudem werden kleinere, der Sonne nachgeführte Systeme aufgebaut, um umfassende Daten zur Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu gewinnen.
