Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Besser, schneller, billiger: Das Geschäft mit der Sonne

08.08.2011
Die Energiewende ist beschlossen, Deutschland braucht mehr grüne Energie.

In Hamburg dreht sich vom 5. bis 9. September alles um unseren größten Energielieferanten, die Sonne. Fraunhofer-Forscher stellen auf der EU PVSEC, der European Photovoltaic Solar Energy Conference, in Halle B4G, Stand C12, neue Methoden vor, mit denen man Solarzellen billiger und effizienter machen kann.


Laserbehandelte Solarzelle vor Aufbringen der Metallkontakte. Fraunhofer ILT

Auf vielen Hausdächern, besonders in Süddeutschland, glänzen inzwischen die schwarzen Platten. Oft sind es Solarkollektoren, die für Heißwasser sorgen, immer öfter auch Photovoltaik-Anlagen, die das Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln. Aber bisher kommen nur etwa 2 Prozent des Stroms in Deutschland aus Solarenergie, denn noch sind Solarzellen vor allem in der Produktion teuer und aufwändig.

Wissenschaftler der Fraunhofer-Gesellschaft entwickeln innovative Herstellungsverfahren, um das zu ändern. Vor allem Laser eröffnen in der Fertigung ganz neue Möglichkeiten. »Die Lasertechnik ermöglicht kontaktloses, präzises und schnelles Bearbeiten«, erklärt Dr. Malte Schulz-Ruhtenberg vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen den Hauptvorteil. So lassen sich bessere Solarzellen kostengünstiger produzieren.

Laserverfahren hoch im Kurs
Ein Beispiel ist das Hochrate-Laser-Bohren, welches sehr präzise und schnell kleine Löcher in Solarzellen erzeugt. Wozu man das braucht? Eine klassische Solarzelle erzeugt Strom durch den photoelektrischen Effekt. Sie besteht aus mehreren leitenden und halbleitenden Schichten. Fällt Licht auf die Zelle, werden negative Ladungsträger aus ihrer Bindung gelöst und es fließt elektrischer Strom. Bisher befinden sich auf Vorder- und Rückseite der Zelle die Kontakte, um den so erzeugten Strom abzutransportieren. Wenn alle Kontakte an der Rückseite verlegt werden können, wo sie keine Schatten werfen, steigt der Energiegewinn. Die Löcher schaffen die Voraussetzungen für diesen Ansatz, der als »Emitter-Wrap-Through«, kurz EWT, bezeichnet wird. Um noch höhere Geschwindigkeiten und damit höheren Durchsatz zu erzielen, können spezielle Polygon-Scanner eingesetzt werden. Bei diesen Laser-Scannern lenken rotierende Polygon-Spiegel extrem schnell aufeinanderfolgende Laserpulse gezielt ab und sind so in der Lage sehr schnell große Flächen zu bearbeiten. »Das ist eine vielversprechende Technologie, die für viele Laserprozesse eingesetzt werden kann«, so Schulz-Ruhtenberg.
Genau und schonend fürs Material
Neben der Geschwindigkeit spielt auch die schonende Arbeitsweise der Laser eine große Rolle in der Solartechnik, denn die Zellen und Wafer, also die Grundelemente einer Zelle, sind empfindlich. Laserstrahlen sind aber so fein dosier- und kontrollierbar, dass die Zellen kaum belastet werden. Deshalb nutzten die Fraunhofer-Forscher sie für fast alles: um zu bohren, zu schmelzen, zu schneiden oder auch zu löten. Zum Beispiel werden Ultrakurzpuls-Laser eingesetzt um Vorder- und Rückseite einer Solarzelle voneinander zu isolieren. Sie arbeiten schonender als andere Methoden und das ist wichtig, denn ein großer Anteil der Kosten geht auf Schäden und Bruch in der Produktion zurück.
Roboter im Test
Schäden verursachen häufig auch die Handhabungsroboter, die in unterschiedlichen Varianten von allen Herstellern eingesetzt werden. Sie sollen möglichst schnell und genau arbeiten, aber ohne die empfindlichen Teile zu beschädigen − das senkt die Kosten. Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart arbeiten Forscher daran, die automatisierte Handhabung von Wafern und Solarzellen zu verbessern. »In unserem Test- und Demonstrationszentrum versuchen wir, die Handhabung und Automatisierung in der Photovoltaik nachzustellen und so zu optimieren«, erklärt Roland Wertz, der Verantwortliche beim IPA. Es dient dabei als Schnittstelle zwischen industrieller Fertigung und Forschungsdienstleistung im Bereich Automatisierungslösungen.So werden unter möglichst realen Bedingungen alle Einflüsse und Parameter registriert, die sich zum Beispiel auf die Genauigkeit und Geschwindigkeit verschiedener Greifsysteme auswirken.

Dabei hilft der Roboter ABB IRP 360, auch FlexPicker genannt, der auch am Fraunhofer-Stand ausgestellt wird. Er wird als Manipulator zusammen mit dem eigentlichen Greifer für Experimente genutzt. So analysieren und bewerten die Wissenschaftler Produkte unterschiedlicher Hersteller und mit verschiedenen Wirkprinzipien. Denn jede konkrete Anwendung hat eigene Anforderungen und verlangt damit nach eigener optimierter Handhabung.

Weniger ist mehr
Aber nicht nur in der Produktion wird gespart und optimiert, sondern auch beim Material. Nicht mehr als unbedingt nötig − das ist das Prinzip von Dünnschicht-Solarzellen. Sie bestehen meist aus einem preiswerten Träger, auf den das elektrisch aktive Material als ultradünne Schicht aufgebracht wird. Um Dünnschichtsolarzellen qualitativ hochwertig und dabei kostengünstig herstellen zu können, hat das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig verschiedene Verfahren für jeden einzelnen Produktionsschritt entwickelt.

Die Halbleiterschichten, das Herz der Zelle, werden zum Beispiel mit dem Hot-Wire-CVD-Verfahren hergestellt. »Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren ist die schonende Form der Schichtherstellung«, erklärt Dr. Volker Sittinger vom IST. Bei herkömmlichen plasmaaktivierten CVD-Verfahren ist das Material während der Beschichtung dem Beschuss mit hochenergetische Teilchen ausgesetzt. Anders bei der Hot-Wire-CVD: Dort werden die schichtbildenden Gase nicht in Plasma, sondern an heißen Drähten angeregt. So entstehen auf schonende Weise hochwertige Schichten. Außerdem lässt sich das für die Herstellung nötige Silangas besser nutzen. »Wir wandeln bei der Hot-Wire-CVD bis zu 90 Prozent der eingesetzten Gase in Schichtmaterial um und erreichen dadurch auch höhere Beschichtungsraten als bei herkömmlichen Prozessen«, sagt Sittinger.

Für die Kontaktschichten auf Front- und Rückseite gibt es seit Kurzem die C²-Beschichtungstechnologie (Cylindrical Magnetron Co-Sputtering). Sie ermöglicht es, die Materialzusammensetzung während der Beschichtung zu variieren. Und es soll noch dünner gehen. Mit einem neuen Typ dreidimensional aufgebauter Solarzellen könnten wenige Nanometer dünne Schichten möglich sein. Das geht nur mit konturgenauer Abscheidung der Schichten, aber auch dafür gibt es eine Methode: ALD, das steht für Atomlagenabscheidung, aus dem Bereich der Nanotechnologie.

Solarzellen müssen also nicht mehr so teuer sein. Denn neue Technologien könnten die Solarenergie einen großen Schritt nach vorne bringen.

Roland Wertz | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010-2011/20/geschaeft-mit-der-sonne.jsp

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Digitalisierung von HR-Prozessen – tisoware auf der Personal Nord und Süd
21.03.2017 | tisoware Gesellschaft für Zeitwirtschaft mbH

nachricht Hochauflösende Laserstrukturierung dünner Schichten auf der LOPEC 2017
21.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise