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Institut für Photovoltaik (IPV) Homepage
Leitung
� Dr. Wolfhard Beyer(kommissarisch seit 2001), w.beyer@fz-juelich.de
Kurzdarstellung
Unter den Erneuerbaren Energien spielt die Photovoltaik, d.h. die direkte Umwandlung von
Sonnenlicht in elektrische Energie, wegen des großen Anwendungspotenzials eine Schlüsselrolle.
Szenarien lassen erwarten, dass in der Mitte dieses Jahrhunderts die Hälfte der elektrischen Energie
durch einen Mix aus Erneuerbaren Energien erzeugt werden kann. Trotz bemerkenswerter
Fortschritte in den letzten 20 Jahren ist die Photovoltaik heute noch weit von einem Kostenniveau
entfernt, das für eine Stromversorgung in energiewirtschaftlichem Maßstab von Peta-Wattstunden
erforderlich sein wird.
Trotzdem hat sich die Photovoltaik in den vergangenen 10 Jahren bereits zu einem bedeutenden
Industrieprodukt entwickelt. Die Märkte sind jährlich im Mittel um über 25% gewachsen und im Jahr
2003 wurden weltweit Module mit einer Gesamtleistung von 740 MWP ausgeliefert. Die Ausdehnung
des Produktionsvolumens von Photovoltaiksystemen wurde von beachtlichen Kostensenkungen
begleitet. Diese Entwicklung wurde von staatlichen Förderprogrammen stark vorangetrieben, die
insbesondere die Nutzung von netzgekoppelten PV Anwendungen in wohlhabenden Industrieländern
unterstützten. Jedoch machen netzferne Anwendungen 30-40% des Photovoltaik -Weltmarktes aus
und hier bieten Photovoltaiksysteme bereits heute wirtschaftlich günstige Lösungen. Voraussetzung
für die weitere Entwicklung ist kontinuierliche, langzeitorientierte Forschung sowohl in den Grundlagen
der Materialien und Prozesse als auch in den Anwendungen (Solarzellen, Module und Systeme) mit
dem Ziel einer substanziellen Kostenreduktion.
Derzeit und in der nächsten Zukunft wird der Photovoltaik-Markt von der kristallinen Silizium-
Wafertechnologie beherrscht, die auf der Prozessierung von etwa 300 µm dicken mono- oder
multikristallinen Scheiben basiert. Auf längere Sicht jedoch bieten Dünnschichttechnologien mit
Zelldicken von nur einigen Mikrometern das Potenzial für eine erhebliche Senkung der
Produktionskosten auf Grund von niedrigerem Materialverbrauch, einfacheren Produktionstechniken
und höherer Produktivität durch Großflächenbeschichtung. Zusätzlich erwartet man, dass
energiesparende Produktionsverfahren (Niedertemperaturprozesse, niedriger Materialverbrauch) zu
einer deutlichen Reduktion der spezifischen CO2 Emissionen und der Energierücklaufzeit der PV
Systeme führen. Diese Zeit kann von ca. 4 Jahren bei der gegenwärtigen Siliziumwafertechnologie auf
1-2 Jahre für die Dünnschichttechnologien sinken. Unter den Dünnschichttechnologien hat nur
amorphes Silizium (a-Si:H) den Status der Massenproduktion erreicht. Mit Modulwirkungsgraden von
6-7 % besitzt es gegenwärtig einem Anteil von ca. 5% am Weltmarkt. Anwendungsgebiete dieser
Solarzellen liegen hauptsächlich im Bereich von "Consumer Products", netzfernen Anlagen und für
Gebäudeintegration, z.B. für Fassaden. Eine große Herausforderung weltweiter Forschungs- und
Entwicklungsarbeiten besteht darin, den Wirkungsgrad dieses Solarzellentyps so zu steigern, dass er
auch für Leistungsanwendungen gegenüber der Wafertechnologie konkurrenzfähig wird. Im Vergleich
zu anderen Dünnschicht-Optionen wie Solarzellen auf der Basis von Kupferindiumdiselenid und
Cadmiumtellurid bietet die Siliziumtechnologie den Vorteil, dass nur praktisch unbegrenzt verfügbare
sowie ökologisch unbedenkliche Materialien eingesetzt werden. Weiterhin kann die Technologie
Synergien nutzen, die sich aus der Anwendung von Silizium in der Mikroelektonik sowie in der
Displaytechnik ergeben.
Ziel der Arbeiten am IPV ist es, die Grundlagen und Technologie für zukünftige preisgünstige Silizium
Dünnschichtmodule zu erarbeiten. Der Ansatz beinhaltet das gesamte Spektrum der Forschung und
Entwicklung von Materialforschung über Prozess- und Solarzellenentwicklung bis hin zur
Demonstration von industrierelevanten Herstellungsverfahren für komplette Module. Das Institut
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