Unterstützung durch Bundes- und Landesmittel Kompetenzcluster für Perowskit-Solarzellen erhält Starthilfe

Das neu gegründete Kompetenzcluster "Perowskit-Kompetenzcluster Baden-Württemberg" zur Entwicklung von Perowskit-Solarzellen erhält Starthilfe von Bund und Land: Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) unterstützt das Vorhaben mit einer Million Euro, das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg mit weiteren 418.000 Euro. Ziel des Clusters ist es, die Perowskit-Technologie schneller zur Marktreife zu bringen und neue Produktionsprozesse zu erschließen.

In dem Verbundprojekt arbeiten drei Forschungseinrichtungen aus Baden-Württemberg eng zusammen: das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), das Lichttechnische Institut (LTI) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sowie das Institut für Photovoltaik (ipv) der Universität Stuttgart.

Das Forschungsvorhaben ist zunächst auf zwei Jahre angelegt. Im Fokus stehen die Skalierung und Weiterentwicklung von Herstellungsprozessen für Perowskit-Solarzellen, der Aufbau einer Pilotlinie sowie der Technologietransfer in die Industrie.

Zu den wissenschaftlichen Leitern des Projekts zählen drei international anerkannte Experten auf dem Gebiet der Photovoltaik: Prof. Dr. Michael Powalla, Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs Photovoltaik am ZSW, ist spezialisiert auf Dünnschichttechnologien und deren Hochskalierung. Prof. Dr. Michael Saliba, Leiter des ipv an der Universität Stuttgart, forscht zu Perowskit-Solarzellen mit Fokus auf kostengünstigen, flexiblen und leistungsfähigen Technologien. Prof. Dr. Ulrich Paetzold, Professor am KIT, arbeitet am Lichttechnischen Institut zu innovativen Materialien und optischen Konzepten für Perowskit-basierte Tandemzellen.

Schlüsseltechnologie für die Energiewende

Die Photovoltaik ist eine zentrale Technologie für die resiliente, nachhaltige Energieversorgung in Deutschland und der Europäischen Union. Die Erzeugungskapazitäten sollen den stark anwachsenden Bedarf an elektrischer Energie für die Verbreitung von Elektromobilität, die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, die Wärmeversorgung sowie die Produktion von grünem Wasserstoff abdecken. Dies kann nur erreicht werden, wenn die Leistungsfähigkeit konventioneller PV-Technologien weiter steigt, neue Anwendungsbereiche erschlossen werden und die Kosten weiter sinken.

Photovoltaik in Dünnschichttechnik kommt ohne Siliziumwafer aus und stellt so mittelfristig eine resiliente Technologie im Sinne der Lieferketten und globalen Abhängigkeiten dar. Die Perowskit-Technologie kann bei erfolgreichem Qualitätsnachweis gerade hinsichtlich der Kriterien Nachhaltigkeit und Resilienz punkten. Langfristig ebnen diese Dünnschichttechniken den Weg für die industrielle Produktion hocheffizienter Solarzellen, auch in Tandemkombination gestapelter Subzellen. Zudem können Produktionen für Solarzellen in Dünnschichttechnik bei nachgewiesener Qualität und Stabilität kleinskaliger aufgebaut werden. Hierdurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade bezüglich der Finanzierung und der Standortwahl für Produktionen.

Neue Anwendungen, neue Chancen

Perowskit-Perowskit-Tandemsolarzellen bieten das Potenzial, die Effizienzgrenzen heutiger Photovoltaik deutlich zu überschreiten – und das bei gleichzeitig verbesserter Ökobilanz. Die Technologie erlaubt Wirkungsgradsprünge für etablierte Photovoltaikanlagen in Freiflächen und auf Hausdächern. Zudem verspricht sie innovative Anwendungen an Gebäudefassaden, auf Fahrzeugen und auf parallel landwirtschaftlich genutzten Flächen. Perowskit-Perowskit-Tandemsolarmodule lassen sich auf starren und flexiblen Substraten herstellen.

Das Kompetenzcluster verfolgt einen konsequent industrienahen Ansatz. So soll der Aufbau eines Produktionstechnikums die Grundlage für eine spätere Serienfertigung schaffen. Ziel ist es, gemeinsam mit baden-württembergischen Maschinenbauern, Sensor- und Substratherstellern sowie Materiallieferanten entlang der gesamten Wertschöpfungskette industrielle Verfahren zu entwickeln.

Dank der sich ergänzenden Kompetenzen und Ressourcen im Cluster lassen sich aufeinander abgestimmte Prozess- und Technologieketten realisieren. Die Forschungspartner ZSW, KIT und ipv sind dadurch in der Lage, neue Materialien, Herstellungsverfahren, Verkapselungskonzepte, Methoden zur Charakterisierung sowie Bauelementarchitektur für Perowskit-Solarmodule auf Glas und künftig auch auf flexiblen Folien zu entwickeln – und das auf Flächen bis 30 x 30 cm².