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10 ➜ ENERGY FORSCHUNG FÜR DIE PHOTOVOLTAIK DER ZUKUNFT /// Radikale Innovationen sind der Schlüssel für die Stärkung der Wett - bewerbsfähigkeit im Photovoltaiksektor. AIT stellt sich dieser Herausforde- rung durch die Entwicklung neuer Zellkonzepte, Herstellungsprozesse und Analysemethoden. /// l AUF DEN PUNKT GEBRACHT DIE PRODUKTIONSKOSTEN IM PHOTOVOLTAIKSEK- TOR sind in den vergangenen Jahren deutlich gesunken. Diese Entwicklung ist zwar einerseits erfreulich, da sie der nachhaltigen Technologie auf breiter Basis zum Durchbruch verhilft, bringt aber gleichzeitig europäische Hersteller unter beträchtlichen Preisdruck. „Diese Herausforderung kann nur mit konsequenter Innovation gemeistert werden“, stellt Wolfgang Hribernik, Head of Business Unit „Electric Energy Systems“ am AIT, klar. „Eine mögliche Antwort liegt in einer breiten Aufstellung entlang der Wertschöpfungskette, unter anderem durch eine integrierte Zell- und Modulproduktion mithilfe neuer Herstellungsverfahren.“ Großes Potenzial für radikale Innovationen bieten aber auch nanotechnologische Ansätze, die in interdisziplinärer Kooperation mit dem Health & Environment Department verfolgt werden. In mehreren Projekten widmet sich das Photovoltaik-Team diesen „Emerging Technologies“ und positioniert das AIT damit als kompetenten Entwicklungspartner für die In - dus trie – von der Solarzelle bis zum Gesamtsystem. Mit jährlichen Wachstumsraten von rund 40 Prozent wird die Photovoltaik eine wichtige Rolle im Strommix der Zukunft einnehmen. Vorrangiges Ziel der Forschung ist es, die zentrale Kennzahl „Kosten pro Watt“ zu optimieren – durch Reduktion des Materialverbrauchs, Senkung der Produktionskosten und Erhöhung der Effizienz. Das AIT Energy Department stellt sich dieser Herausforderung und entwickelt nanobasierte Zellkonzepte, wirtschaftliche Herstellungs prozesse für die Dünnschichtmodule der dritten Generation und innovative Lösungen für die gebäudeintegrierte Photovoltaik. Abgerundet wird das Leistungsspektrum durch die Erforschung neuer Methoden zur Charakterisierung und Qualitätssicherung von Zellen und Modulen. WOLFGANG HRIBERNIK /// Head of Business Unit „Electric Energy Systems“ „Eine Möglichkeit zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit liegt in der breiten Aufstellung entlang der Wertschöpfungskette – z. B. durch eine integrierte Zellund Modulproduktion mithilfe neuer Herstellungsverfahren.“ VORSTOSS IN DIE NANOWELT Im Projekt SAN-CELL (Low-cost, silicon-free solar cells based on self-assembled nanostructures) arbeitet AIT zusammen mit der Universität Linz an der Entwicklung einer siliziumfreien anorganischen Solarzelle, deren Architektur auf selbstorganisierten Nanostrukturen basiert. Das Konzept bringt gleich mehrere Vorteile, wie Stephan Abermann, Scientist am AIT Energy Department erläutert: „Der Einsatz von Dünnschichttechnologie führt zu einer deutlichen Reduktion des Materialverbrauchs, während die Nanodrähte Ladungstransport und Lichtabsorption verbessern und damit die Effizienz erhöhen.“ Da sich die Nanodrähte in einem elektrochemischen Prozess automatisch an den Kristallstrukturen des Substrats ausrichten und so quasi von selbst wachsen, werden zusätzlich Herstellungskosten eingespart. Mithilfe von halbleitenden Nanokristallen als photosensitive Komponenten lassen sich die Eigenschaften der Solarzelle darüber hinaus „feintunen“ und optimal an das Sonnenspektrum anpassen. „Die ersten Prototypen wurden bereits getestet und haben die grundsätzliche Machbarkeit des Zellkonzepts unter Beweis
gestellt“, ist Abermann überzeugt, dass Lösungsansätze aus der Nanotechnologie die Solarzellenproduktion in Zukunft revolutionieren werden. PHOTOVOLTAIK DER DRITTEN GENERATION Dünnschichtsolarzellen gelten als zukunftsträchtige Technologie für die gebäudeintegrierte Photovoltaik, da sie großflächig und in unterschiedlichen Geometrien hergestellt werden können. Im Projekt SOLO-PV (Solution-based Low-cost PhotoVoltaics) forscht das AIT zusammen mit einem Schweizer Speziallabor und dem österreichischen Unternehmen EVG an einem neuen Herstellungsprozess für die schlanken Zellen. Da die in heutigen CIGS-Zellen verwendeten Hightech-Metalle Indium und Gallium in der Elektronikindustrie heiß begehrt und dementsprechend knapp und teuer sind, werden die Entwicklungen mit einem alternativen Absorbermaterial durchgeführt. „Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid ist ein sehr vielversprechender Kandidat, weil es aus ungiftigen und reichlich in der Erdkruste vorkommenden Materialien besteht“, so Abermann. Der Kern des Herstellungsprozesses besteht darin, dass der Absorber und auch alle anderen Schichten der Solarzelle in Flüssigkeit gelöst und mittels chemischer Sprühpyrolyse bzw. elektrochemischer Abscheidung auf flexible Materialfolien aufgebracht werden. Dieser lösungsbasierte Ansatz ist optimal für großflächige Verfahren geeignet, da sich Solarzellen damit schnell und kostengüns - tig in meterlangen Bahnen herstellen lassen. SOLARDACH VON DER ROLLE Ein solcher „Roll-to-Roll (R2R)“-Prozess steht auch im Mittelpunkt des Projekts Flexible PV-Systeme, in dem flexible organische und CIGS-Dünnschichtsolarzellen (bestehend aus Kupfer-Indium-Gallium- Diselenid) zwischen Hochbarrierematerialien des österreichischen PV-Komponentenherstellers Isovoltaic verkapselt und auch gleich mit einer Dachbahn verbunden werden. Alle Vormaterialien – Solarzellen, Einkapselungsund Barrierematerialien sowie die Dachbahn – liegen in Rollenform vor und werden in einem kontinuierlichen R2R-Prozess zu einem großflächigen gerollten Modul verarbeitet, das vor Ort am Dach verschweißt werden kann. Die ExpertInnen des AIT unterstützen die Pro - zess entwicklung durch Mitarbeit an der Konzeption sowie umfassende Leistungs- und Alterungstests an den Modulen im Dünnschichtlabor. Ergänzend dazu wird ein Monitoringkonzept erarbeitet, um die Leistungsfähigkeit der in Österreich, der Schweiz und Spanien geplanten Demoanlagen unter mittel- und südeuropäischen Klimabedingungen zu untersuchen. Angesichts der Tatsache, dass jährlich europaweit rund 100 km² Dachmembran auf Industriedächern verlegt werden, könnte das Photovoltaikdach von der Rolle einen besonders wichtigen Beitrag zur industriellen Energieversorgung leisten. ENERGY 11 Automatische Klassi - fizierung defekter Zellen in einem Photovoltaikmodul mittels Infrarot aufnahme
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