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Grundlegende Erforschung eines neuen kostengünstigen Verfahrens zur drucktechnischen Erzeugung von Solarzellen auf Silizium-Basis

Wissenschaftliche Vorprojekte – Erkenne die Anfänge: Wer frühzeitig innovative Ideen testet, ist später ganz vorn dabei!

Grundlage technologischer Innovationen sind der Entdecker- und Erfindergeist des Menschen. Die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung erschließt der menschlichen Erkenntnis permanent vormals unbekannte und unverstandene Wirkungsweisen der Natur. Viele dieser naturwissenschaftlichen Erkenntnisse lassen sich für technische Zwecke nutzen. Mit der Förderinitiative „Wissenschaftlichen Vorprojekte (WiVorPro)“ innerhalb des Förderprogramms Optische Technologien verfolgt das Bundesministerium für Bildung und Forschung das Ziel, diejenigen neuen Erkenntnisse aufzugreifen, die mittelfristig eine Verwertbarkeit für neue Technologien versprechen. Beispiele hierfür sind die Quantenoptik oder photonische Metamaterialien, die gerade beginnen, der reinen Grundlagenforschung zu entwachsen und Potenziale für konkrete Anwendungen aufzeigen. Neue Ergebnisse der Grundlagenforschung sind hinsichtlich ihres späteren Marktpotenzials oft kaum zu beurteilen. Es besteht somit die Notwendigkeit, durch wissenschaftlich-technische Vorarbeiten eine Grundlage zu schaffen, die eine Bewertung ermöglicht, welches Potenzial in der neuen Erfindung bzw. der neuen wissenschaftlichen Erkenntnis tatsächlich steckt. Oft muss dabei schnell reagiert werden, denn je früher den interessierten Unternehmen die Bedeutung des neuen Themas plausibel gemacht werden kann, desto eher werden diese in das neue Thema investieren und versuchen ihre Marktchancen zu nutzen. Wissenschaftliche Vorprojekte leisten somit einen wichtigen Beitrag zu einem schnellen Transfer neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse in innovative Produkte.

Strom von der Rolle - Drucken von Silizium-Solarzellen

Aus heutiger Sicht müssen erneuerbare Energien einen signifikanten Anteil des sich bis 2050 verdoppelnden Energiebedarfs der Erde decken. Das Potenzial von Wind-, Wasser-, Biomasse- und geothermischer Energie zusammen reicht für diese Herausforderung nicht aus. Dagegen übertrifft die auf der Erde ankommende Strahlungsleistung der Sonne den weltweiten Energiebedarf um mehrere Größenordnungen. Bisher scheitert eine großflächige Nutzung der Sonnenenergie jedoch an den hohen Kosten der zugänglichen Technologien. Das Ziel aller Entwicklungen im Bereich Photovoltaik muss daher eine hinreichend kostengünstige, effiziente und langlebige Technologie sein.

Ziel des Projektes ist die Erforschung von druckbaren dotierten Siliziumschichten, die in Solarzellen Anwendung finden. Bislang werden Solarzellen unter teilweise sehr hohem Energie- und Materialaufwand hergestellt (Schmelzen, thermische Beschichtung), was für hohe Herstellungskosten und letztendlich auch für hohe Endverbraucherpreise sorgt. Eine Drucktechnik, wie sie in ähnlicher Weise zum Beispiel beim Zeitungsdruck Anwendung findet, zur Herstellung von Solarzellen zu nutzen und damit sehr schnell große Flächen beschichten zu können, würde zu einer deutlichen Senkung des Herstellungs- und damit auch des Absatzpreises führen.

Zum Druck von Siliziumschichten wird im Rahmen dieses Projektes neben der Weiterentwicklung bestehender Drucktechnologien vor allem auch eine siliziumhaltige Drucktinte erforscht. Diese „Silizium-Tinte“ wird im Anschluss an das Aufdrucken durch Nachbehandlung in für die Photovoltaik nutzbare Siliziumschichten überführt. Eine sehr kostengünstige Herstellung von photovoltaischen Zellen macht den Ausbau der Energiegewinnung durch Solartechnologie weltweit attraktiver. Die Subventionierung des Strompreises für diese umweltfreundliche Art der Energieerzeugung ist ggf. nicht mehr nötig, um mit Energie aus Kohle- oder Kernkraftwerken konkurrieren zu können. Eine ökonomisch getriebene beschleunigte Verbreitung der Photovoltaik reduziert nachhaltig den Einsatz von fossilen Energieträgern im Bereich der Stromerzeugung und trägt somit zu einer sauberen und klimastabilen Zukunft bei. Die zu erarbeitende Technologie ist bislang auf dem Weltmarkt nicht verfügbar und kann dank der niedrigen Herstellungskosten sehr konkurrenzfähig gegenüber Silizium und Dünnschichtsolarzellen auftreten. Die zur Herstellung eingesetzten geringen Energiemengen benötigen keine lange Laufzeit, um in der Energiebilanz amortisiert zu werden und tragen zudem zu einer deutlichen Senkung der Umweltbelastung während des Herstellungsprozesses bei.

Projektdetails

Koordinator

Prof. Dr. Dr.Dietrich R.T. Zahn
Technische Universität Chemnitz - Fakultät für Naturwissenschaften - Institut für Physik
Reichenhainer Str. 70, 9126Chemnitz
+49 371 531-33036

Projektvolumen

2.113.000 € (100% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.09.2010 - 31.03.2013

Projektpartner

Technische Universität Chemnitz - Fakultät für Naturwissenschaften - Institut für PhysikChemnitz