Die Engpässe bei der Versorgung mit Silizium setzen die Hersteller von Solarzellen unter Druck. Neue Werkstoffe könnten das Problem lösen.
TÜBINGEN. US-amerikanische Firma Konarka aus Lowell sowie ein Forscherteam der Universitäten Ulm und Dresden haben einen neuen Weg eingeschlagen. Sie setzen Werkstoffe auf Kohlenstoffbasis ein, um Solarzellen zu fertigen. Potenzielle Kunden stünden bereits Schlange, berichtet Christof Brabec, Forschungsleiter von Konarka. „Wenn wir produzieren könnten, wären unsere Kapazitäten ausgelastet.“ Allerdings warnt der Wissenschaftler vor überzogenen Erwartungen. Die Pilotanlage sei zwar fertig. „Aber wir werden nichts verkaufen, was nicht in Bezug auf Lebensdauer und Performance wirklich überzeugend ist.“ 2007 würden zunächst Muster für Kunden geliefert.
Der Charme des Konarka-Verfahrens: Es ersetzt nicht nur Silizium durch Polymere aus Kohlenstoff, sondern kann die Zellen zudem drucken – der entsprechende Produktionsprozess werde mit der Firma Leonhard Kurz aus Fürth entwickelt. „Wir sind dabei schon sehr weit“, sagt Brabec. Die Fürther gelten als Experten auf dem Gebiet druckbarer Elektronik – auf diese Weise wollen sie 2007 auch RFID-Chips fertigen. Der Vorteil für Konarka: „Es sind nur geringe Investitionen in Maschinen notwendig“, so Brabec.
Der Wirkungsgrad, also die Energieausbeute der Zellen von Konarka, liegt derzeit bei fünf Prozent. Das ist knapp die Hälfte dessen, was gängige Photovoltaikeinheiten auf Hausdächern liefern, die Strom erzeugen und ins Netz einspeisen. „Es gibt aber einen Bedarf von etwa 30 Prozent an nicht netzspeisenden Anlagen“, so Brabec – dezentrale Elemente, die kleinere Installationen wie Beschattungsanlagen an Häusern oder mobile elektrische Geräte versorgen. „Dafür könnte der Wirkungsgrad ausreichen“, sagt Brabec.
Auf ein anderes Verfahren, das bereits bei organischen Leuchtdioden, so genannten OLEDs eingesetzt wird, baut ein Forscherteam der Universitäten in Ulm und Dresden. Sie arbeiten auch mit Kohlenstoff, dampfen die Schicht aber auf. „Man erreicht damit perfektere und sehr dünne Schichten im Nanometerbereich“, erläutert Peter Bäuerle, Professor am Institut für Neue Materialien in Ulm. Das Verfahren ist seit einiger Zeit bekannt, galt bislang aber nur für kleine Flächen als geeignet. Die Arbeiten der Dresdner Partner und deren Ausgründung Novaled hätte das Gegenteil bewiesen, so Bäuerle. Novaled hat Technologien für vielfarbige Displays und weiße Beleuchtungen entwickelt.
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Vorgestellt haben die Wissenschaftler einen 15 mal 15 Zentimeter großen Demonstrator. Noch nicht geklärt ist laut Bäuerle bislang die Langzeitstabilität der Solarzellen. Auch die Energieausbeute sei noch verbesserungsfähig. Knapp vier Prozent betrage sie derzeit, noch ein weiter Weg zu Werten bei konventionellen Silizium-Solarzellen. Die beiden Universitäten haben das Unternehmen Heliatek ausgegründet, das die Produkte bis zur Marktreife weiterentwickeln soll. Der Produktionsbeginn ist für 2011 vorgesehen.
An der industriellen Fertigung organischer Solarzellen arbeitet ebenfalls das Hahn-Meitner-Institut (HMI) aus Berlin, das mit Industrie- und Forschungspartnern kooperiert. „Wir glauben, dass dieser Zellentyp in Kürze marktreif sein wird“, sagt Konstantinos Fostiropoulos, Leiter der Forschungsgruppe organische Solarzellen. Das HMI hat das sonst übliche nasschemische Beschichtungsverfahren aus Polymeren durch die Nutzung verdampfbarer Farbstoffmoleküle ersetzt. „Die Methode ist zwar derzeit noch teurer. Aber sie ermöglicht eine höhere Zielgenauigkeit bei der Produktion“, sagt Fostiropoulos.
Als Alternative zu organischen Halbleitern auf Kohlenstoffbasis verkauft Konarka bereits Farbstoffzellen. Auch die Farbstoffsolarzellen der Leibniz-Universität Hannover stehen nach Angaben der Wissenschaftler kurz vor der Vermarktung. Zudem hat sich die Forschergruppe zum Ziel gesetzt, flexible Zellen zu entwickeln, die zum Beispiel in Kleidung oder Zeltplanen integriert werden können.
Die Produktion von Solarzellen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen, so genannte CIS-Zellen, hat im Oktober der Würth-Ableger ZSW gestartet. Das Unternehmen verspricht seinen Kunden einen Wirkungsgrad, der mit dem von Siliziumzellen vergleichbar oder diesem sogar überlegen ist. Die Module sollen künftig gedruckt werden.
Sulfurcell, eine Ausgründung des Hahn-Meitner-Instituts, ist seit diesem Jahr mit Zellen auf Basis von Kupfer-Indium-Sulfid auf dem Markt und will 2007 eine zweite Produktionsstätte eröffnen.
