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Innovationen deuten auf eine glänzende Zukunft für gedruckte Photovoltaik hin

Neue Material- und Verarbeitungsinnovationen könnten gedruckte Photovoltaik zuverlässiger, langlebiger und kostengünstiger gestalten. Dies könnte wiederum den Übergang Europas zu einem dekarbonisierten Energiesystem beschleunigen.

Klimawandel und Umwelt
Energie

Gedruckte Photovoltaik, mit der Sonnenlicht in Strom umgewandelt werden kann, bietet zahlreiche Vorteile. Sie ist leichter als herkömmliche Wafers und möglicherweise günstiger in der Massenproduktion. Infolgedessen wurde sie als vielversprechende zukünftige Quelle für erneuerbaren Strom identifiziert. „Das Potential zur Kostenreduzierung beim Drucken von Photovoltaik-Modulen könnte erheblich sein“, erklärt Stelios Choulis, der Hauptforscher des Projekts Sol-Pro sowie Gründer und Leiter der Molecular Electronics and Photonics Research Unit an der Technischen Universität Zypern. „Eine Produktionslinie mit Rolle-zu-Rolle-Druck hat das Potential, in zehn Stunden dieselbe Fläche zu produzieren wie eine herkömmliche Waferproduktionsanlage in einem Jahr.“ Gedruckte Photovoltaik erreicht jetzt die gleichen Wirkungsgrade wie herkömmliche Silizium-Photovoltaik. Eine zentrale Herausforderung besteht jedoch in der Sicherstellung, dass organische und hybride optoelektronische Perowskit-Materialien – Materialien, die bei der Herstellung gedruckter Photovoltaik verwendet werden – langfristig umweltverträglich sind. Das ist entscheidend, damit gedruckte Photovoltaik Teil der nachhaltigen Zukunft Europas sein kann. Photovoltaik wurde als Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung des europäischen Energiesystems identifiziert. Tatsächlich muss die EU ihre Photovoltaik-Kapazität bis 2025 von 117 GW auf über 630 GW und bis 2050 auf 1,94 TW erhöhen, um 100 % ihres Strombedarfs durch erneuerbare Energien zu decken.

Optimierung der Solarzellenleistung

Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt Sol-Pro sollte einige dieser Herausforderungen angehen. Choulis und sein Team analysierten gedruckte Photovoltaik-Materialien und -Geräte, um deren Kostenwettbewerbsfähigkeit und lebenslange Zuverlässigkeit zu optimieren. Neue Materialsysteme wurden erprobt und getestet. Darüber hinaus wurden innovative Synthese- und Verarbeitungsverfahren für optoelektronische Materialien entwickelt, um kritische Elemente wie Nanopartikelgröße und Kristallinität präzise zu steuern. Es wurde gezeigt, dass solche Verbesserungen die Leistung und Zuverlässigkeit von Photovoltaik-Geräten verbessern. „Wir konnten auch nachweisen, dass viele der physikalischen und technischen Aspekte, die das Verhalten gedruckter Photovoltaik bestimmen, an den Schnittstellen der Photovoltaik-Geräte auftreten“, fügt Choulis hinzu. „Dadurch konnten wir hochwertige Schnittstellen entwickeln, welche die Photovoltaik-Leistung optimieren.“ Außerdem wurde gezeigt, dass die neuartige Behandlung von Oberflächenzwischenschichten und Verfahren beim Additiven Engineering für aktive Schichten unter beschleunigten Wärme- und Feuchtigkeitsbedingungen eine drastisch erhöhte Lebensdauer liefern.

Zukünftige Energieerzeugung

Choulis ist zuversichtlich, dass die im Projekt Sol-Pro erzielten Fortschritte einen positiven Beitrag zur kontinuierlichen Entwicklung kostengünstiger und großflächiger gedruckter Photovoltaik für die Energieerzeugung leisten werden. Das Team demonstrierte erfolgreich, wie die Lebensdauer der gedruckten Photovoltaik durch die Einarbeitung von Diffusionsblockierschichten in die Photovoltaik-Gerätearchitektur verbessert werden kann. „Diese Innovationen können jetzt in der Praxis auf die Herstellung von Photovoltaik im Rolle-zu-Rolle-Druck angewendet werden“, stellt er fest. „Sie bieten einfache technische Wege, um die Lücke zwischen Effizienz, Stabilität und Zuverlässigkeit von lösungsverarbeiteter Photovoltaik zu verringern.“ Das Projekt Sol-Pro identifizierte auch einige dauerhafte Einschränkungen der Lebensdauer. Choulis und sein Forschungsteam sind derzeit Partner von RoLA-FLEX, einem kürzlich gestarteten EU-finanzierten Projekt, das diese spezifische Herausforderung angehen soll. Im Rahmen dieses Projekts werden auch kostengünstige Elektroden mit neuartigen Druckmethoden weiter untersucht. In der Zwischenzeit können Entwickler elektronischer Materialien, Chemieunternehmen, Hersteller von Druckgeräten und gedruckten Photovoltaik-Modulen von der Forschung des Projekts Sol-Pro profitieren. Ein Großteil der Arbeiten wurde in wissenschaftlichen Artikeln mit offenem Zugang veröffentlicht. Sie sind ein hervorragender Ausgangspunkt für die zukünftige Entwicklung langlebiger, zuverlässiger gedruckter Photovoltaik der nächsten Generation.

Schlüsselbegriffe

Sol-Pro, Photovoltaik, Sonnenlicht, Strom, elektrisch, erneuerbar, Energie

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