Perowskit-Solar wird kommerziell, da die Ertragssteigerungen mit den Marktkräften übereinstimmen

2. Februar – Ein rascher Ausbau der Solarkapazität in den kommenden Jahren wird zur Einführung kommerzieller Perowskit-Solartechnologien beitragen.

Die USA und Europa erweitern ihre Solarproduktionskapazitäten, um ehrgeizige Ziele im Bereich der erneuerbaren Energien zu erreichen und die Energiesicherheit zu stärken. Finanzielle Unterstützung im US-amerikanischen Inflation Reduction Act und ein neues Maßnahmenpaket, das die Europäische Union letzten Monat zugesagt hat, dürften Perowskit-Entwicklern dabei helfen, von Pilotfabriken zu Fabriken im kommerziellen Maßstab überzugehen.

GRAFIK: Prognostizierte jährliche Solarinstallationen in der Europäischen Union

Das weltweite Modulangebot wird derzeit von der etablierten monokristallinen Siliziumwafer-Technologie dominiert, aber die Leistung siliziumbasierter Zellen nähert sich ihrer theoretischen Grenze und Perowskit-Technologien haben sich rasch verbessert.

Perowskit-Materialien haben eine Kristallstruktur und bieten starke Lichtabsorptions- und elektrische Ladungseigenschaften. Da Solarentwickler höhere Wirkungsgrade und niedrigere Energiekosten anstreben, werden Tandemzellen, die Silizium mit Perowskit kombinieren, allgemein als nächster Schritt angesehen.

Tandemzellen kombinieren eine Solarzelle, die im Infrarotbereich des Sonnenspektrums besonders effizient ist, mit einer weiteren, die im blauen und ultravioletten (UV) Bereich optimiert ist. Die theoretische Umwandlungsgrenze für Siliziumzellen liegt bei etwa 29 %, und Tandem-Silizium-Perowskit-Zellen könnten diese auf 43 % erhöhen.

Oxford PV plant die kommerzielle Einführung seiner Perowskit-auf-Silizium-Tandemzelle in diesem Jahr und prognostiziert einen Umwandlungswirkungsgrad von 27 % und einen Energieertrag von 24 %, verglichen mit einem Ertrag von etwa 20 % bis 22 % für die meisten Siliziummodule derzeit auf dem Markt.

Das Unternehmen plant, seine Pilotfabrik in der Nähe von Berlin zu erweitern und die Produktion bis zum Ende des Jahrzehnts auf 10 GW zu steigern.

In Frankreich hat das Solarinstitut IPVF eine Partnerschaft mit dem französischen Hersteller Voltec Solar geschlossen, um eine Solarmodulfabrik zu bauen, in der Tandem-4T-Perowskit/Silizium-Zellen hergestellt werden sollen. Ziel der Partner ist es, im Jahr 2025 mit der Produktion zu beginnen und die Kapazität bis 2030 auf 5 GW zu steigern.

Das Projekt zielt darauf ab, die Energiekosten im Vergleich zu aktuellen Siliziumpaneelen um 15 % zu senken, sagte Gregory Marque, IPVF-Programmdirektor, gegenüber Reuters Events. Das Institut prognostiziert Energieerträge von 30 % sowie einen geringeren Energieverbrauch und Materialbedarf.

„Tandem-Technologie wird die dominierende Photovoltaik-Technologie des nächsten Jahrzehnts sein“, sagte Lucas Weiss, CEO von Voltec Solar, in einer Erklärung. „Es wird wahrscheinlich die Wettbewerbslandschaft verändern.“

Geringere Kosten

Die Hauptvorteile des Einsatzes der Perowskit-Technologie sind laut Herstellern höhere Energieausbeuten, bessere Transportfähigkeit und ein geringerer CO2-Fußabdruck.

Höhere Zellwirkungsgrade erhöhen die Modulnennleistung, verringern die Anzahl der für die gleiche Anlagenkapazität erforderlichen Module und reduzieren die Installations- und Systemausgleichskosten.

Die Perowskit-Schichten seien außerdem viel dünner als Silizium-Designs und verbrauchen etwa 100-mal weniger Materialien, sagte Marque.

Darüber hinaus kann das Material bei niedrigerer Temperatur und in flüssigem Zustand verarbeitet werden, was „Energie- und Emissionseinsparungen sowie eine einfachere Beschichtung von Oberflächen“ ermöglicht, so Shankar G. Sridhara, Chief Technology Officer beim Panelhersteller REC Group.

Perowskit-Konzepte werden zu flexibleren, leichteren Paneelen führen, die einfacher auf Dächern und anderen Dienstleistungen installiert werden können, sagte er.

Deutschland ist Europas größter Solarmarkt und die Regierung hat Solardächer als ein wichtiges Wachstumssegment in ihrem Bestreben identifiziert, die Solarkapazität bis 2030 zu vervierfachen. Unterdessen sieht der RePowerEU-Plan der EU, der im Dezember vorläufig von den Gesetzgebern angenommen wurde, vor, dass alle neuen Wohn-, öffentlichen und Gewerbeflächen neu gebaut werden sollen Gebäude ab einer bestimmten Größe für die Installation von Solarmodulen auf Dächern. Entwickler größerer Solarparks suchen auch nach alternativen Standorten wie stillgelegten Minen, wo sich eine ungleichmäßige Versorgung als Herausforderung erweisen kann.

Es müsse noch mehr Arbeit geleistet werden, um die Degradationsprobleme zu lösen, betonte Sridhara.

Die Lebensdauer der Komponenten wirkt sich auf die Wirtschaftlichkeit des Projekts aus und der Abbau von Perowskit wird durch Feuchtigkeit, Sauerstoff, UV-Strahlung und hohe Temperaturen verursacht.

Oxford PV strebt Degradationsgrade an, die denen von Silizium entsprechen oder darunter liegen, damit seine Modulkunden branchenübliche Garantien anbieten können, so das Unternehmen.

Finanzierungsherausforderung

Perowskit-Entwickler haben die Effizienzraten schneller gesteigert als andere neue Zellkonzepte, sind jedoch immer noch mit den Risiken konfrontiert, die mit neuen Technologien verbunden sind.

Die Finanzierungskosten sind für weniger bewährte Technologien höher und Unternehmen haben oft Schwierigkeiten, Finanzmittel für den Ausbau von Pilotprojekten zu kommerziellen Anlagen aufzubringen. Der kommerzielle Start von Oxford PV ist von früheren Zielen abgewichen, da das Unternehmen während der Covid-Pandemie mit Herausforderungen in der Lieferkette und wirtschaftlichen Gegenwinden zu kämpfen hatte.

„Wir haben den größten Teil unserer Mittel aus privaten Quellen gesichert“, sagte Frank Averdung, CEO von Oxford PV, gegenüber Reuters Events. „Ein Teil unserer Unterstützung kam von lokalen deutschen Ministerien und dies hat uns die richtigen Voraussetzungen gegeben, unsere Pilotfabrik außerhalb Berlins zu erweitern.“

In Europa hat die EU zwar Mittel für Forschungsaktivitäten bereitgestellt, es fehlten jedoch vor allem aufgrund der EU-Vorschriften für staatliche Beihilfen die Mittel, um die Aktivitäten auszuweiten. Das neue Förderpaket für saubere Technologien, das EU-Kommissionspräsidentin Ursula von der Leyen am 17. Januar zugesagt hat, könnte dies ändern. Die EU plant, staatliche Beihilfen zu mobilisieren und EU-Mittel an Unternehmen im Bereich der erneuerbaren Energien weiterzuleiten und wird „die Investitionen auf strategische Projekte entlang der gesamten Lieferkette konzentrieren“, sagte Von der Leyen auf dem Wirtschaftsgipfel in Davos in der Schweiz. Die EU hat außerdem die Bewerbungen für ihren Innovationsfonds-Mechanismus wieder aufgenommen, der im Zeitraum 2020–2030 25 Milliarden Euro (27,2 Milliarden US-Dollar) an Unterstützung für innovative CO2-arme Technologien bereitstellen wird, und hat eine Solar-PV-Industrieallianz ins Leben gerufen, um den Investitionsbedarf zu ermitteln und die Finanzierung zu koordinieren.

IVPF und Voltec planen, sowohl private als auch öffentliche Mittel für den Bau ihrer Fabrik in Frankreich in Anspruch zu nehmen. Beispielsweise möchten die Partner im Rahmen einer nationalen Ausschreibung für innovative Energielösungen Zugang zu einer Finanzierung der französischen Regierung für eine Pilotlinie erhalten.

Perowskit-Entwickler müssen fortlaufende Technologieverbesserungen durch Produktionssteigerungen untermauern, die Risiken reduzieren und die Kosten senken. Silizium-Solarzellen haben von jahrelangen Erkenntnissen in der Herstellung profitiert, um Anlagen im industriellen Maßstab zu bauen.

Entwickler werden auch vor Fortschritten in anderen Solartechnologien zurückhaltend sein, aber Tandemfähigkeiten sollten bedeuten, dass Perowskit-Konzepte von Fortschritten in Bereichen wie leistungsstärkeren HJT-Zellen (Heterojunction) profitieren, die kristallines Silizium und einen amorphen dünnen Siliziumfilm in drei Schichten kombinieren. Die REC Group erwartet für die HJT-Herstellung von 2021 bis 2026 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 70 % und plant den Bau einer 2-GW-HJT-Modulfabrik in Frankreich, die künftig Tandem-HJT-Perowskit-Lösungen produzieren könnte.

Neil liefert Nachrichten und Analysen für eine Reihe von Energie- und afrikanischen Wirtschaftspublikationen. Außerdem schreibt er Berichte über Afrika für die Vereinten Nationen und die Afrikanische Entwicklungsbank.