Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?
Symbolbild mit Microsoft Copilot.
Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.
Photovoltaik (PV) ist inzwischen eine der preisgünstigsten Technologien, um Strom zu produzieren. Photovoltaikanlagen erreichten im November 2024 weltweit eine installierte Kapazität von zwei Terawatt und die Wachstumsraten und Kostensenkungen sind noch immer enorm.
Gesammelte Expertise aus neun Ländern
„Wir haben auf einer Fachtagung intensiv diskutiert, wie die Optik-Gemeinschaft zum weiteren Wachstum der Photovoltaik beitragen kann“, sagt Prof. Christiane Becker, die am HZB die Abteilung Solarenergieoptik leitet. Im Anschluss haben Christiane Becker und ihr Kollege Dr. Klaus Jäger internationale Fachleute dazu eingeladen, gemeinsam einen umfassenden Überblick über PV-Technologien und optische Innovationen zu verfassen. Insgesamt haben sich 27 bekannte Expert*innen aus 22 Forschungseinrichtungen in neun Ländern an diesem Überblick beteiligt.
Innovationen mit Praxispotenzial
Der Beitrag beginnt mit einem Überblick über den aktuellen Stand der Photovoltaik im Terawatt-Maßstab. Daraus leiten die Fachleute die Themen ab, zu denen die Optik-Community beitragen kann, um eine großtechnische Nutzung zu ermöglichen. „Wir haben auch einige optische Konzepte identifiziert, die aktuell erst an der Schwelle der Wirtschaftlichkeit stehen, aber sehr gute Aussichten haben, die PV-Technologie weiter voranzutreiben“, sagt Christiane Becker. Dazu zählen optische Innovationen im Bereich von Mehrfachsolarzellen, die höchste Wirkungsgrade aufweisen und somit großes Potenzial haben, den Strompreis weiter zu senken.
Ökologische Aspekte
Aber auch verbesserte Herstellungsverfahren unter der Berücksichtigung ökologischer Aspekte und die Minimierung des Verbrauchs von kritischen Rohstoffen werden erörtert. Ein weiteres Kapitel ist farbigen Solarmodulen gewidmet. „Gerade in Städten müssen wir auch Fassaden und andere Flächen zur Energiegewinnung nutzen, und da spielt es schon eine Rolle, wie das aussieht. Solche innovativen Solarmodule ermöglichen eine anspruchsvolle ästhetische Gestaltung“, sagt Becker.
Christiane Becker und Klaus Jäger sind überzeugt, dass dieser Überblicksbeitrag auch als Entscheidungshilfe für die Forschungsförderung nützlich sein kann.
- Schriftrollen aus buddhistischem Schrein an BESSY II virtuell entrolltIn der mongolischen Sammlung des Ethnologischen Museums der Staatlichen Museen zu Berlin befindet sich ein einzigartiger Gungervaa-Schrein. Der Schrein enthält auch drei kleine Röllchen aus eng gewickelten langen Streifen, die in Seide gewickelt und verklebt sind. Ein Team am HZB konnte die Schrift auf den Streifen teilweise sichtbar machen, ohne die Röllchen durch Aufwickeln zu beschädigen. Mit 3D-Röntgentomographie erstellten sie eine Datenkopie des Röllchens und verwendeten im Anschluss ein mathematisches Verfahren, um den Streifen virtuell zu entrollen. Das Verfahren wird auch in der Batterieforschung angewandt.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.
- Natrium-Ionen-Batterien: Neuer Speichermodus für KathodenmaterialienBatterien funktionieren, indem Ionen zwischen zwei chemisch unterschiedlichen Elektroden gespeichert und ausgetauscht werden. Dieser Prozess wird Interkalation genannt. Bei der Ko-Interkalation werden dagegen sowohl Ionen als auch Lösungsmittelmoleküle in den Elektrodenmaterialien gespeichert, was bisher als ungünstig galt. Ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm hat nun jedoch gezeigt, dass die Ko-Interkalation in Natrium-Ionen-Batterien mit den geeigneten Kathodenmaterialien funktionieren kann. Dieser Ansatz bietet neue Entwicklungsmöglichkeiten für Batterien mit hoher Effizienz und schnellen Ladefähigkeiten. Die Ergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.