Solarzellenforschung Schichtartige Photovoltaik für nachhaltigere Gebäude

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Angesichts steigender Energiepreise und strenger Regulierungen für einen geringeren Energieverbrauch von Gebäuden bieten innovative Solarsysteme wie Perowskit- und organische Solarzellen großes Potenzial für Optimierungen, so Forscher vom Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP).

Bau- und Gebäudesektor stehen vor großen Herausforderungen. Denn der Klimawandel, steigende Energiepreise und strengere Regulierungen erfordern nachhaltige Ideen, um den Energiebedarf von Gebäuden zu senken und die CO₂-Bilanz zu verbessern. Eine Schlüsselrolle spiele dabei die Solarenergie. Und insbesondere innovative Systeme wie die Perowskit-Solarzellen geben Hoffnung. Denn diese neuartigen Zellen sind flexibel, leicht und günstig herzustellen. Auch habe es enorme Effizienzfortschritte in den letzten Jahren gegeben. Auf dem Weg vom Labormuster zur in der Praxis einsetzbaren Photovoltaikmodulen sind jedoch noch weitere Anstrengungen hinsichtlich Haltbarkeit und Stabilität erforderlich, wie das FEP anmerkt.

Zwei EU-Projekte sollen helfen

Ebenso bieten flexible organische Solarzellen die Chance zur Gebäudeintegration. Sie haben aber auch noch Optimierungsspielraum in den Herstellprozessen und hinsichtlich der Steigerung ihrer Effizienz und Lebensdauer. Das Fraunhofer-FEP forscht deshalb im Rahmen der beiden von der EU-geförderten Projekte Pearl und Booster an neuen Materialien und Beschichtungstechnicken, um diese Mängel zu beseitigen und Komponenten für nachhaltigere und langlebigere Solarsysteme für den Bau- und Gebäudesektor zu entwickeln.

Anpassungen für den Bausektor

Als international führendes Institut für die Entwicklung innovativer Schichtsysteme und Beschichtungsverfahren auf flexiblen Materialien leiste das Fraunhofer-FEP mit seiner umfassenden Expertise in der Vakuumbeschichtung und Plasmatechnik nicht zuletzt entscheidende Beiträge zur Weiterentwicklung von Verfahren in Sheet-to-Sheet- und Rolle-zu-Rolle-Fertigung von Solarzellen. Diese Herstellungsprozesse finden, wie es weiter heißt, in verschiedensten Industrien Anwendung. Und speziell für den Bau- und Gebäudesektor entwickeln die Wissenschaftler nun maßgeschneiderte Beschichtungen, die den hohen Anforderungen an Langlebigkeit, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit gerecht werden.

Das Projekt Pearl näher betrachtet

Im Rahmen von Pearl (grant agreement no. 101122283) entwickelt man mit internationalen Partnern flexible Perowskit-Solarzellen der nächsten Generation. Die Forscher wollen dazu eine kombinierte Permeationsbarriere mit einer transparenten Elektrodenschicht entwickeln, die sowohl die Haltbarkeit als auch die Effizienz der Solarzellen entsprechend verbessert. Das ermögliche es, den Materialbedarf und die Fertigungsschritte zu reduzieren. Die Herausforderung bestehe darin, die Eigenschaften beider Komponenten – Barriere und Elektrode – so zu kombinieren, dass sie sich gegenseitig nicht beeinträchtigten. Applikation und Strukturierung der Elektrode darf die Barrierewirkung außerdem nicht beeinflussen. Ebenso darf umgekehrt die Funktion der Elektrode nicht eingeschränkt werden. Das Know-how des FEP im Bereich der Vakuumbeschichtung und in Bezug auf die Einflüsse auf Barriereeigenschaften ist dabei entscheidend, wie man betont. Erste Ergebnisse wurden bereits auf der In-line Vakuumbeschichtungsanlage Coflex zur Beschichtung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren erzielt.

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