06. Oktober 2022

Ende September fand die World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC) in Mailand statt. Vertreterinnen und Vertreter aus Wissenschaft und Wirtschaft kamen auf der Konferenz zusammen, um sich über die neusten Forschungsfortschritte in der Photovoltaik auszutauschen.

Wie der Konferenztitel verdeutlicht, ist die World Conference on Photovoltaic Energy Conversion eine internationale Veranstaltung, auf der aktuelle Fortschritte in der Photovoltaik gezeigt und diskutiert werden. Sie ist die weltweit größte Konferenz zu den vielseitigen Forschungsthemen und Entwicklungen aus dem Bereich der Photovoltaik. Ein besonderer Fokus in diesem Jahr lag auf den Teilbereichen Materialien und KonzepteProduktionstechnologien und dem Feld der integrierten Photovoltaik – von Agri-Photovoltaik über bauwerk- und fahrzeugintegrierte bis zu schwimmender Photovoltaik. Die vorgestellten Beiträge auf der Konferenz zeigen, dass der Forschungsbereich der integrierten Photovoltaik weiter an Bedeutung für einen schnellen Ausbau der Photovoltaik gewonnen hat.

Daneben wurde auf der Konferenz deutlich, dass die Beteiligten nicht nur ihre spezifischen Forschungsbereiche im Blick haben. Um die weltweit installierte Leistung durch Photovoltaikanlagen weiter zu steigern und einen Terawatt-Markt zu etablieren, spielen nicht nur technische, wirtschaftliche und rechtliche Fragen eine wichtige Rolle. Parallel ist eine bessere Kommunikation mit der Öffentlichkeit notwendig, um sie über die Energiewende sowie den Ausbau der erneuerbaren Energien zu informieren und mit ihr im konstruktiven Austausch zu sein. Daher hat man auf der WCPEC auch zu erfolgreichen Kommunikationsstrategien diskutiert und sieht die Notwendigkeit, weitere Wissenschaftsfelder, die etwa soziale Aspekte für die Photovoltaik berücksichtigen, verstärkt mit einzubeziehen. Mit Blick auf die Produktion von Photovoltaikmodulen bleiben zukünftig aber auch Themen wie das Einsparen von Materialien (zum Beispiel Silber) im Fokus, wobei das Plating-Produktionsverfahren an Bedeutung gewinnen könnte. Darüber hinaus haben die Forschenden gezeigt, dass maschinenbasierte Lernmethoden inzwischen eine wichtige Analysemethode im Herstellungsprozess (unter anderem für die Materialcharakterisierung und für limitierende Effekte in der Massenproduktion) sind.

Fortschritte aus Deutschland für die Photovoltaik

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland haben für die WCPEC wesentliche Beiträge geliefert und neue Ergebnisse aus ihren Forschungsprojekten präsentiert, so unter anderem ein Wissenschaftsteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE). Im Projekt NextTec haben die Forscherinnen und Forscher im Verbund mit Anlagenbauern, Messtechnikherstellern und Forschungsinstituten ein Proof of Concept für eine Solarzellen-Produktionslinie mit einem deutlich gesteigerten Durchsatz erarbeitet. Der Durchsatz ist bei der Produktion von Solarzellen eine entscheidende Größe und gibt an, wie viele Wafer innerhalb eines bestimmten Zeitraums auf einer Produktionslinie gefertigt werden können. Mit ihrem Proof of Concept belegen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass sie für eine Produktionslinie von hocheffizienten Silizium-Solarzellen einen Durchsatz von 15.000 bis 20.000 Wafern pro Stunde erzielen können. Das stellt eine Verdopplung des aktuell üblichen Durchsatzes dar und ermöglicht, die Kosten in der Herstellung von Silizium-Solarzellen zu senken.

Das Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH) hat zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung eine POLO-IBC-Solarzelle mittels Schattenmaskenprozess aus Glas hergestellt. Das Forschungsteam visiert für diese Solarzellentechnologie eine Effizienz von bis zu 25 Prozent an und konnte bereits einen Solarzellwirkungsgrad von 22,3 Prozent auf einem industrietauglichen Tool erreichen. Als Vorteil erweist sich bei der POLO-IBC-Solarzelle daneben der vergleichsweise schlanke Produktionsprozess, wobei die Herstellungskosten vergleichbar mit PERC+-Solarzellen sind. Die auf der Konferenz vorgestellten Ergebnisse haben die Verbundpartner in den Forschungsprojekten POPEIGENESIS und UltraPERC erzielt.

Hinsichtlich des Themas Materialeinsparungen hat das Maschinenbauunternehmen Rena konkrete Ergebnisse präsentiert. In den Projekten TALER und TOPConCluster haben die Verbundpartner ein optimiertes Plating-Verfahren entwickelt, das zielführend ist, um den Silberverbrauch in der Solarzellenproduktion signifikant zu reduzieren. Für TOPCon-Solarzellen, die mittels Inline-Plating-Verfahren hergestellt werden, konnten die Projektpartner eine Solarzelleffizienz von über 24 Prozent erreichen. Insgesamt zeigt sich, dass es im Vergleich zum Silber-Siebdruck-Verfahren mittels Plating möglich ist, Kosten von mehr als 40 Prozent einzusparen.

Im Vorhaben DYNASTO hat das Unternehmen Von Ardenne, das unter anderem Anlagen zur industriellen Vakuumbeschichtung von Wafern fertigt, mit seinen Verbundpartnern gezeigt, wie per Sputter-Technologie die Investitionsausgaben und die Betriebskosten bei der Massenproduktion von Silizium-Heterojunction-Solarzellen gesenkt werden können. Mit gesputterten ITO/AZO/ITO-Dreifachschichten wurden Solarzelleffizienzen von 23,5 Prozent erzielt, was dem Niveau von einfachen ITO-Schichten entspricht. Indiumzinnoxid (englisch: indium tin oxide, ITO) und Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO) sind gebräuchliche Materialien für leitende Schichten, die als Frontkontaktschicht auf Solarzellen genutzt werden. Bei der Verwendung der präsentierten Dreifachschicht lassen sich die Kosten für das zum Sputtern eingesetzte Target um 45 Prozent reduzieren, bei gleichzeitig gesenktem ITO-Verbrauch um 64 Prozent.

Erfolgreiche Bilanz für die Photovoltaik-Weltkonferenz

Neben neuen Forschungserkenntnissen, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vorstellten, bot ihnen die Konferenz als internationaler Branchentreffpunkt eine Plattform, um sich wieder vor Ort auszutauschen und zu vernetzen – sowohl auf wissenschaftlicher als auch auf industrieller Ebene. Aufgrund der Corona-Pandemie war dies die vergangenen drei Jahre nicht möglich. Insgesamt waren auf der WCPEC mehr als 1.500 Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus allen Teilen der Welt vertreten. Von den mehr als 1.000 eingereichten Abstracts aus 60 Ländern entfallen fast ein Viertel auf deutsche Forschungsarbeiten.

Die WCPEC vereint die drei größten internationalen Photovoltaik-Konferenzen. Hierzu gehören die European PV Solar Energy Conference (EU PVSEC), die Photovoltaic Specialists Conference (IEEE PVSC) und die International PV Science and Engineering Conference (PVSEC). Die alle vier Jahre ausgerichtete Weltkonferenz zur Photovoltaik-Energieumwandlung fand dieses Jahr zum achten Mal statt und wurde im Rahmen der EU PVSEC ausgerichtet. (av)