Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...
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100<br />
begann, (immer noch) etwas geringere Wirkungsgrade 20 <strong>und</strong> darüber hinaus z.T. besondere Risiken auf<br />
Gr<strong>und</strong> der verwendeten Materialien 21 .<br />
Diese Dünnschichtzellen, die gelegentlich als „zweite Technologiegeneration“ bezeichnet werden (da<strong>zu</strong><br />
können auch <strong>zu</strong>künftige dünne kristalline Siliziumsysteme gerechnet werden), haben seit knapp <strong>einem</strong><br />
Jahrzehnt die Markteinführung erreicht. Mittlerweile liegt ihr Marktanteil bei ca. 10% mit einer Steigerungsrate<br />
von 80% pro Jahr (2007). Der Zuwachs für mono- <strong>und</strong> polykristalline Si-Zellen dagegen liegt,<br />
ausgehend von <strong>einem</strong> etwa zehnfach höheren Marktvolumen, bei 50% pro Jahr. Für 2010 wird für Dünnschichtzellen<br />
ein Weltmarktanteil von 25-30% für wahrscheinlich gehalten 22.<br />
23<br />
Die Kosten von Dünnschicht-Zellen erreichen oder unterschreiten mittlerweile den Wert von 1$/Wpeak<br />
Generell müssen vorrangige Ziele künftiger Entwicklung sein, sich auf ungefährliche, rezyklierbare Materialien<br />
<strong>zu</strong> konzentrieren, einen noch wesentlich geringeren Energieeinsatz für Zellen <strong>und</strong> Module <strong>zu</strong> erreichen<br />
<strong>und</strong> die Kosten der gesamten Produktionskette <strong>zu</strong> verringern, um damit den Weg <strong>zu</strong> wirtschaftlich wettbewerbsfähigeren<br />
Systemen <strong>zu</strong> öffnen.<br />
Der Entwicklungshorizont photovoltaischer Zellen ist mit den genannten Zelltypen noch bei weitem nicht<br />
abgesteckt. Die Verwendung optischer Konzentratoren für spezielle Typen von Solarzellen 24 , Stapelsolarzellen,<br />
bandlückenangepasste Zellen 25 <strong>zu</strong>r Erhöhung der Effizienz, nanokristalline (Silizium-) Filmtechnologien,<br />
mesoskopische Mehrphasensysteme etc. eröffnen Ausblicke auf eine „dritte Technologiegeneration“ 26,<br />
ebenfalls mit Chancen für höhere Wirtschaftlichkeit <strong>und</strong> mit größerer Flexibilität bei der Modulgestaltung.<br />
Neben der eigentlichen Zellenentwicklung bleiben Modultechnologie <strong>und</strong> Systemtechnik sowie Aspekte des<br />
Lebenszyklus (Lebensdauer <strong>und</strong> Alterungsverhalten, Entsorgungstechnik <strong>und</strong> -kosten etc.) wichtige Forschungs-<br />
<strong>und</strong> Entwicklungsfelder, um diese fortschrittlichen Systeme <strong>zu</strong>r Marktreife voran<strong>zu</strong>treiben.<br />
Ein anderes innovatives Forschungsfeld besteht aus zwei physikalisch unterschiedlichen Gruppen, den<br />
Farbstoff- <strong>und</strong> den organischen Solarzellen, die <strong>zu</strong>r zweiten Technologiegeneration gezählt werden.<br />
Farbstoff-sensibilierte Zellen gehören nicht <strong>zu</strong> den halbleiterbasierten Systemen, sondern arbeiten elektrochemisch,<br />
z.B. mit <strong>einem</strong> Elektrolyten 27, während organische Solarzellen Polymere, C60, Pentacen,<br />
Thiophen oder andere halbleitende Materialien nutzen. Diese Materialien weisen eine hohe Lichtabsorption<br />
auf <strong>und</strong> ihr gegenwärtig noch relativ niedriger Wirkungsgrad wächst bei Zunahme der Arbeitstemperatur –<br />
anders als bei den meisten bisher verwendeten anorganischen Zellen. Das könnte sie insbesondere für<br />
südliche, sonnenintensive Standorte attraktiv machen.<br />
Diese organischen Materialien weisen aber auch spezifische Probleme auf wie etwa, geeignete Dotierungen<br />
mit geringer Diffusionsanfälligkeit <strong>zu</strong> entwerfen, oder auch z.T. eine ihnen eigene UV-Empfindlichkeit. Im<br />
20<br />
Der derzeit höchste Wirkungsgrad für produzierte Zellen liegt bei 15,4% (Global Solar Energy, Tucson, Sept. 2009)<br />
21<br />
Cadmium (CdTe-Zellen) steht hier gegenwärtig im Vordergr<strong>und</strong>.<br />
22<br />
So hat z.B. China einen Auftrag für die mit nominal 330 MW weltgrößte Solarfarm erteilt, die mit Dünnschichttechnologiezellen<br />
(FirstSolar) bestückt wird.<br />
23 th<br />
Pressemitteilung FirstSolar, 4 Quarter 2008.<br />
24<br />
Bei diesen auf Raumfahrtanwendungen orientierten Entwicklungen sind Wirkungsgrade um 28% mit kristallinem Si bzw. GaAs<br />
erreicht worden.<br />
25<br />
Wirkungsgrade über 30% (bis <strong>zu</strong> 39%) sind in diesen Labor-Multijunction-Zellen erreicht worden. Damit nähert man sich bereits dem<br />
theoretisch möglichen Grenzwirkungsgrad an. Dieser ist deutlich niedriger als der thermodynamische Grenzwert, da je Lichtquant nur<br />
ein Elektron-Lochpaar erzeugt wird <strong>und</strong> der Rest der Photonenenergie in Gitterschwingungen (Wärme) umgewandelt wird, die nicht<br />
genutzt werden kann. Bei der „dritten Technologiegeneration versucht man u.a., diese Grenze <strong>zu</strong> überwinden.<br />
26<br />
M.A. Green: Third Generation Photovoltaics, Springer Verlag, Berlin (2003). Der Begriff der „dritten Generation“ wird hier weiter<br />
gefasst als bei Green.<br />
27<br />
Siehe die nach ihrem Erfinder benannten „Graetzel-Zellen“. Daneben gibt es auch Systeme mit Feststoff-Lochleitern (z.B. spiro-<br />
MeOTAD) oder ionischen Flüssigkeiten
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