Niederländische Forscher : Dem Sonnenstrom zum Durchbruch verhelfen

Mehrere niederländische Forschungsinstitute arbeiten an preiswerteren und effizienteren Solarzellen. Dabei beschreiten sie zum Teil ganz neue Wege.

Christian Meier

Die Niederlande sind eigentlich nicht bekannt für ausgiebigen Sonnenschein. Dennoch ist das Land alles andere als ein weißer Fleck auf der Landkarte der Photovoltaik, also der Stromgewinnung durch Sonnenenergie. Mehrere Forschungsinstitute und Firmen ziehen an einem Strang, wenn es darum geht, effizientere Solarzellen und billigere Solarmodule zu entwickeln. Auf diese Weise wollen sie dem Solarstrom zum Durchbruch verhelfen. Die niederländische Solarindustrie stellt vor allem Produktionsmaschinen für Solarmodule her und entwickelt diese weiter. Niederländische Forschungsinstitute haben sich darauf eingestellt und entwickeln effizientere Produktionsverfahren für Solarmodule. Sie forschen aber auch an neuen Solarzellen, die einen größeren Teil des auftreffenden Sonnenlichtes in Strom umwandeln.

Ein Schwergewicht in der niederländischen Solarforschung befindet sich in Petten, nördlich von Amsterdam. Im „Energy Research Center of the Netherlands“ (ECN) forschen 90 Spezialisten an neuen Solarenergie-Konzepten. Das ECN ist vergleichbar mit einem deutschen Fraunhofer-Institut, das heißt es forscht anwendungsorientiert. „Wir haben beispielsweise eine Technik entwickelt, die es Firmen erleichtert, Solarzellen aus kristallinem Silizium zu einem Solarmodul zu verbinden“, sagt Jan Bultman, Leiter eines 65-köpfigen ECN-Teams, das sich mit Siliziumsolarzellen beschäftigt. Normalerweise werden die Solarzellen miteinander verlötet. „Das ist aber ein grober und zeitraubender Prozess“, sagt Bultman. Seine Gruppe hat eine Folie entwickelt, auf die Solarzellen geklebt werden können und welche die Verbindungen zwischen ihnen schon enthält. „Damit können Module acht bis zehnmal schneller hergestellt werden wie bisher“, so Bultman. Die Technik wird von der Firma Solland in Heerlen, zwischen Maastricht und Aachen gelegen, gerade in den Markt eingeführt.

Das zweite Standbein der ECN-Solarforschung sind Dünnfilmsolarzellen. Die Absorber solcher Solarzellen sind dünner als ein menschliches Haar, sparen daher Material und sollen günstig zu produzieren sein. Die ECN-Forscher entwickeln schnelle und kostensparende Produktionsverfahren für solche Zellen, bei denen die Absorberschichten mit Druck- oder Aufdampfverfahren auf eine Plastikfolie gebracht werden. Ähnlich wie beim Zeitungsdruck sollen die Solarzellen einmal auf Folienband gedruckt werden, dass abgerollt wird. So soll ein extrem hoher Durchsatz erreicht werden.

Um kostengünstigere Herstellungsverfahren bemüht sich auch die Firma OTB Solar aus Eindhoven, die Maschinen für die Beschichtung von Solarzellen herstellt. Schon bevor es von der deutschen Firma Roth und Rau übernommen wurde, hat das Unternehmen ein Verfahren entwickelt, mit dem Antireflexionsschichten kostengünstig, also mit nur geringem Verbrauch von Gasen, Elektrizität und Wasser, auf Solarzellen aus kristallinem Silizium gebracht werden konnte. Heute entwickeln OTB zusammen mit Roth und Rau diese Technologie weiter. Sie ist hauptsächlich für Zukunft auch für Dünnschichtsolarzellen aus kristallinem Silizium geeignet. Solche Antireflexschichten verhindern, dass Sonnenlicht an der Oberfläche der Solarzellen reflektiert wird und somit für die Stromgewinnung verloren geht.

Das Unternehmen beschränkt sich nicht auf Antireflexionsschichten. „Zur Zeit entwickeln wir grenzüberschreitend andere, neue Beschichtungstechniken, die die Effizienz von Solarzellen steigern sollen“, sagt Paul Breddels, Chief Operating Officer bei Roth und Rau und langjähriger Mitarbeiter bei OTB. Weniger als 100 Nanometer (Millionstel Millimeter) dünn sind diese Schichten, die beispielsweise dafür sorgen sollen, dass positive und negative elektrische Ladungen effizienter voneinander getrennt werden.

„Außerdem arbeiten wir an neuen Druckverfahren, die auch dafür genutzt werden könnten elektrische Kontakte auf Solarzellen zu drucken“, sagt Breddels. Mithilfe solcher Techniken sollen Solarzellen einmal kostengünstig und massenhaft produziert werden.

Die Region Eindhoven ist ein Zentrum für Solarenergie in den Niederlanden. An der Eindhovener Technischen Universität hat sich ein Schwerpunkt der Solarforschung ausgebildet. Im „Eindhoven Energy Institute“ forschen 150 Wissenschaftler an nachhaltiger Energiegewinnung. Etwa 30 von ihnen versuchen effiziente und gleichzeitig kostengünstige Solarzellen zu entwickeln. Auch hier lautet das Ziel die Photovoltaik auf einen möglichst breiten Einsatz vorzubereiten. Dazu verfolgen die Eindhovener Forscher unterschiedliche Ansätze. Eine Gruppe um Erwin Kessels entwickelt Herstellungstechniken für Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium und solche aus einem Gemisch aus Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen (CIGS).

Ein weiteres Team widmet sich der Erforschung von Techniken, die das Sonnenlicht konzentrieren, sodass die benötigte Fläche an Solarzellen verkleinert wird. Die Gruppe von René Janssen schließlich entwickelt organische Solarzellen. Kunststoffe verwandeln bei diesem Solarzellen-Typ das Sonnenlicht in Strom. Bislang erreichen organische Solarzellen lediglich einen Wirkungsgrad von etwa acht Prozent. Sein Team synthetisiert neue Materialien für organische Solarzellen. Diese untersuchen sie dann mit Hilfe von Lasern oder Mikroskopen. „Wir wollen verstehen wie die neuen Materialien funktionieren“, sagt Janssen. „Wir glauben, dass sich der Wirkungsgrad auf etwa 12 Prozent erhöhen lässt“, sagt Janssen.

Zwar reicht der Wirkungsgrad organischer Solarzellzellen bei weitem nicht an die heutiger kristalliner Solarzellen heran. „Aber mit Hilfe von Drucktechniken werden sie sich viel schneller produzieren lassen“, ist Janssen überzeugt. Ein einziger Drucker werde Solarzellen mit der zehnfachen Gesamtleistung herstellen können wie eine heutige Solarzellenfabrik im gleichen Zeitraum.

An der Entwicklung von Serienprodukten arbeitet Janssens Gruppe allerdings nicht. Aber das Team kooperiert mit Partnern, die sich um Produktionstechniken kümmern, etwa mit dem ECN und dem Holst Center, einem Forschungszentrum in Eindhoven. Aber auch mit deutschen Institutionen kooperieren die Niederländer. Sie sind an einem Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft über organische Solarzellen beteiligt. Außerdem arbeiten sie im Rahmen von EU-Förderprojekten mit der Universität Würzburg und dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz zusammen.

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