Warum die Solarzellen-Revolution näher ist, als du denkst - Prof. Ulrich Paetzold

00:00:02: Geladen, der Batterie Podcast mit Daniel Messling und Patrick Rosen.

00:00:09: Und damit herzlich willkommen bei geladen deinem Batterie-Podcast für Elektromobilität, Energiewende und Batterieforschung!

00:00:15: Ja liebes Publikum wir sprechen ja hier nicht nur über Batterien sondern ehrlich gesagt über alle wichtigen Fragen der Energiewände.

00:00:22: und wenn euch das weiterhin interessiert wo da die Reise hingehen kann dann drückt doch gerne mal auf abonnieren.

00:00:31: Ja und über die neuesten Entwicklungen im PV-Bereich, da sprechen wir heute mit Professor Ulrich Petzold.

00:00:37: Herzlich willkommen!

00:00:38: Hallo!

00:00:38: Sie sind Professor für Photovoltaik der nächsten Generation an den Instituten für Mikrostrukturtechnik und Lichttechnik des KIT.

00:00:47: Was hat es denn jetzt auf sich mit diesen neuen Perofskiet-Solarzellen?

00:00:51: Was unterscheidet sie eigentlich von diesem Silizium Solarzellen, die wir alle oft in Dächern haben?

00:00:59: Perovski-Solarzellen nutzen eine extrem dünne, lichtabsorbierende Schicht aus Perovskidhalbleitern.

00:01:06: Dünn heißt in dem Fall dass wir bei ungefähr ein Hundertstel der Dicke eines menschlichen Haares sind und diese Perovsky Solarzellen können im Vergleich zu den konventionellen Silizium Solarzellen trotz der sehr dünnen Absorberschicht einfangen das Sonnenlicht sehr effizient in elektrische Energie umwandeln.

00:01:26: Diese dünne Schicht macht sie potenziell günstiger und auch vielseitiger in der Einsatzmöglichkeit.

00:01:34: Wir haben, vielleicht können Sie uns da mal weiterhelfen so in der Vorbereitung gelesen Ja das ist sich bei Peroski Zellen um so eine Art Revolution in der PV-Branche handelt.

00:01:42: Können Sie das bestätigen oder ist es vielleicht doch ein bisschen zu hochgegriffen?

00:01:45: Die Peroskit Photovoltaik erzeugt im Moment international sehr große Aufmerksamkeit Und dass hat was damit zu tun die Peruskit-Kristallstruktur sehr, sehr alt ist.

00:01:58: Das heißt Chemiker kennen das bereits aus dem neunzehnten Jahrhundert diese sogenannte ABX-III-Kristallstruktur.

00:02:04: aber vor erst ungefähr fünfzehn Jahren wurde entdeckt dass diese Kristallstruktur auch eine Unterklasse hat, die halbleitende Eigenschaften hat.

00:02:13: und nicht nur das, diese halbleitenen Eigenschaft sind auch noch besonders gut so gut, Multikristallinen Dünnschichten heutzutage eine Qualität hinbekommt, die mal sonst nur mit kristallinem Silizium hinbekommen würde oder sogar epitaktisch gewachsenen drei Fünf-Halbleitern.

00:02:33: Und trotz dieser kurzen Entwicklungszeit zeigt dieses Material diesen exzellenten Eigenschaften und ist dabei, Silizum zumindest hinsichtlich des Wirkungsgrades den Rang

00:02:45: abzulaufen.".

00:02:46: Herr Petzold, wie unterscheiden sich denn jetzt chemisch diese Perovskid-Solarzellen von den herkömmlichen Silicium-Solarzellen, die wir alle auf dem Dach haben.

00:02:55: Jetzt hab ich irgendwo bei Wikipedia gelesen, Calcium-Titanoxid ist jetzt in diesen Perovski-Zellen drin?

00:03:02: Also konventionelle Siliciumsolarzeln bestehen vom Materialseite gesehen zunächst erst mal auf einem Silizium-Wafer.

00:03:10: Das sind Scheiben in der Größe von ungefähr dreißig Millimeter Durchmesser, die entstehen, indem man einen perfekten gezogenen, langen Kristall in Döne einzelne Scheiben zerschneidet.

00:03:21: Die Peroskit Halbleiterschichten sind von dieser sogenannten Form ABX-III und Kalzium-Titanat ist nur das bekannteste Mineral der Form ABx III hat aber wenig zu tun mit den Peroskiten die wir heute als Halbleiter in der Photoroltaik einsetzen.

00:03:40: Diese Halbleite zeichnen sich dadurch aus dass man sie zum Beispiel lösen kann, die Ausgangsmaterialien und dann als Tinte in einer dünnen Schicht auf einem Glassubstrat aber auch auf eine dünne Folie zum Beispiel applizieren kann.

00:03:57: Ja, jetzt ist es ja so dass einer der großen Vorteile offensichtlich diese höhere Effizienz gegenüber den klassischen Silicium Zellen sein soll.

00:04:04: Da habe ich gelesen das es da schon diverse Rekorde gab oder auch theoretische Werte die deutlich über den Silicumwerten liegen.

00:04:11: können Sie das mal kurz erklären?

00:04:13: wie hoch sind diese Effizienswerte und vielleicht auch nochmal auf diese Entwicklung eingehen?

00:04:17: also Ich hab gelesen dass das ganz besonders war bei Peroskit Dass diese Effizienssteigerung so schnell ging jetzt in den letzten Jahren

00:04:25: Genau.

00:04:25: die Klasse der Peruscid-Halbleiter ist eben nicht ein einzelnes Material.

00:04:30: Silizium ist genau ein Material, ein Element das ich dann als Kristall züchte und dadurch bin ich lange nicht so flexibel in dem Anpassen der Eigenschaften.

00:04:39: die Peruscite zeichnen sich da durchaus dass eine Materialklasse ist.

00:04:43: Das heißt wir Forscher haben viele Möglichkeiten in dieser Materialkasse neue bessere Option zu finden Und das ist sicherlich einer der größten Triebkraft gewesen, warum innerhalb kürzester Zeit also nur fünfzehn Jahren der Wirkungsgrad von wenigen Prozent bis siebenzwanzig Prozent im Labor steigern konnte.

00:05:03: Und das sind auch die Werte, die heute ungefähr Silizium erst erreicht nach mehr als fünfzig Jahren Entwicklungszeit.

00:05:11: und was ist da theoretisch möglich?

00:05:13: Also gibt es da irgendwelche Berechnungen?

00:05:14: oder vom Material her, was wirklich theoretisch möglichst wäre?

00:05:19: Theoretisch gibt es ein Wirkungskrad Limit für eine Solarzelle, die nur aus einer einfachen Halbleiter besteht.

00:05:26: Bei Silizium liegt dieses praktische Limit bei ungefähr neunundzwanzig Prozent.

00:05:31: Das heißt mit siebenundzwanzig Prozent sind wir bereits sehr nah an diesem Limit dran und es gibt nur wenig Spielraum den Wirkungsgrad perspektivisch weiterzusteigern.

00:05:41: Es gibt einen großen Trick und dafür sind die Peruscid-Solarzellen auch so vielversprechend?

00:05:48: Das sind die sogenannten Tandem-Sollarzellen!

00:05:51: In diesem Tandem-Solarzellen verwende ich zwei Materialien, zum Beispiel Peruscid in Kombination mit Silicium und habe dann ein Halbleitermaterial das besonders gut für einen Teil des Sonnenspektrums ist.

00:06:04: Und das andere Halbleitermaterial, dass besonders ideal für das anderen Teil des sonnenspektronen ist.

00:06:09: In Kombination kann ich dann wirkungsgerade theoretisch weit über vierzig Prozent und schon gezeigt bis zu knapp fünfunddreißig Prozent erreichen Und das ist eine relative gewaltige Wirkungsgradsteigerung.

00:06:25: Wenn man betrachtet, dass wir historisch über die letzten Jahre vielleicht pro Jahr im Idealfall um ungefähr nur fünf Prozent den Wirkungskrad gesteigert haben durch die Tandem-Photovoltaik jetzt aber innerhalb von wenigen Jahren das Potenzial von sieben zwanzig bis knapp fünfunddreißig Prozent steigern konnten und vielleicht noch darüber hinaus in den nächsten Jahren.

00:06:45: Jetzt muss ich trotzdem noch mal einen Schritt zurückgehen.

00:06:48: Wir sind ja ein Chemie-Podcast, Herr Petzold jetzt holen Sie doch nochmal kurz aus!

00:06:52: Ich habe jetzt verstanden die Perovskid-Solarzellen.

00:06:55: das ist eher eine Klasse an Materialien.

00:06:57: Welche Elemente sind denn da drin oder kommen da drinnen vor bei diesen neuen Perovski Solarzellen, die jetzt ja auch schon in der Produktion sind?

00:07:05: Also über welche Elemente sprechen wir ganz konkret?

00:07:08: Es gibt grundsätzlich drei Komponenten, aus denen sich die Kristallstruktur zusammensetzt.

00:07:13: Das ist einmal organisches Komponente, dann typischweise Blei oder Zinn und als dritte Komponente ein Hallogenit Jodd- oder Brom.

00:07:24: Und das spannende der Peruscite ist jetzt dass ich dort verschiedenste Materialien bilden kann und auch anteilig diese chemischen Elemente oder organische Materialie mischen kann und wieder neue Perusciten erzeugen kann.

00:07:39: Das geht soweit bei den Hallogeniden Jod und Brom graduell gegeneinander austauschen kann.

00:07:47: Und dann die Bandlücke, das heißt der Bereich des Sonnenspektrums, der dann absolviert werden kann durch den Pyroski-Halbleiter anpassen

00:07:55: kann.".

00:07:56: Aber wir sprechen jetzt nicht über irgendwelche seltenen Erden oder so, die jetzt dafür nötig sind?

00:08:01: Oder irgendwelcher sehr teuren Materialien, die man dafür benötigen

00:08:05: müsste?".

00:08:05: Genau, vielen lieben Dank, dass Sie mich erinnern.

00:08:07: Das ist ein großer Vorteil der Peroskite.

00:08:10: Es sind eigentlich ausschleißlich Materialien, die verwendet werden in großem Umfang auf der Erdoberfläche zu finden und die auch mit nicht großen Kosten in der Herstellung verbunden sind.

00:08:22: Okay, jetzt haben wir schon sehr viele Vorteile gehört.

00:08:24: Aber natürlich, wir hätten ja diese ganzen Peroskit-Zellen schon alle auf dem Dach wenn das tatsächlich alles schon funktionieren würde.

00:08:31: Jetzt gibt es auch Herausforderungen oder Hürden die das bisher noch behindert haben?

00:08:35: Was sind denn die bei dieser Technologie?

00:08:37: Um

00:08:37: eine neue Photovoltaiktechnologie zu auf den Markt zu bringen um sie zu etablieren müssen wir technologisch am Anfang drei große Felder bearbeiten.

00:08:48: Das ist zum einen der Wirkungsgrad und das Großversprechen Auf der Ebene des Wirkungsgrades ist durch die Peroskit Photovoltaik gezeigt.

00:08:56: Das zweite ist dann, bin ich in der Lage diese Technologie zu skalieren?

00:09:00: Das heißt gibt es Herstellungsverfahren, die mit dem erforderlichen Durchsatz die Photovoltake auf den Flächen kostengünstig produzieren kann wie ich es dann auf der Gigawatt Skala benötige?

00:09:14: In diesem Bereich gibt es sehr viel spannende Forschung täglich neue Fortschritte seitens der Tool Manufacturers, seitens des Solarmodul Hersteller.

00:09:24: Also bin ich zuversichtlich dass man das zeitnah lösen wird.

00:09:27: Der dritte Bereich die Herausforderung ist, dass wir auch nachweisen, dass die neue Technologie auch langfristig unter den realen Einstrahlbedingungen, d.h.

00:09:38: unter der Anwendung im Feld letzten Endes die Stabilität und den Wirkungsgrad zeigen kann.

00:09:44: Und das steht bei der Ferroskit Photovoltaik noch aus.

00:09:48: In Teilen, weil die Technologie noch sehr jung ist und in Teilen – weil es kleine Schwächen des Materials gibt für die es Lösungen zu finden gilt um eine Wirtstabilität zu erzeugen, die oberhalb von zwanzig Jahren liegt, denn das ist was diese Lithium-Photovolteic heute

00:10:04: belegt.".

00:10:05: Also ich nehme jetzt schon mal mit, dass der Wirkungsgrad könnte perspektivisch deutlich besser sein als mit den herkömmlichen Silizium-Solarzellen, die wir jetzt haben.

00:10:14: Der Preis perspektivisch genauso weiter unten.

00:10:18: Jetzt bleibt nur noch die Frage, halten die denn von der Lebensdauer genau so lange durch wie die jetzigen Solarzellen?

00:10:24: Da wissen wir ja, die halten zum Teil dreißig, vierzig Jahre durch.

00:10:28: Also unglaubliche Lebensdauern ohne irgendwelche Wartung.

00:10:31: wäre das bei den Pirovsky-Solardzellen auch so?

00:10:33: Ich bin zuversichtlich!

00:10:34: Das ist in der Tat die ausstehende technologische Herausforderung Und auch auf dem Feld gibt es große, große Fortschritte.

00:10:43: Die ersten Solarzellen, die ich persönlich im Jahr zwei Tausend vierzehn gefertigt habe.

00:10:46: zu diesen Zeiten haben wir von Stabilitäten in den Bereich von Minuten und Stunden geredet.

00:10:51: Heutzutage reden über tausende Stunden aber sie haben vollkommen recht.

00:10:55: Die Herausforderung ist groß.

00:10:57: Die etablierte Silizium-Fotoalltag zeigt eine Stabilität von zwanzig, fünfundzwanzig oder dreißig Jahren.

00:11:03: das bekomme ich garantiert und zertifiziert mit dem Kauf meines Solarmoduls.

00:11:08: Und auch in dieser Metrique gilt es, dass die Peruvski Photovoltaik ähnlich gute Stabilitäten zeigen muss und da wird es noch einige Entwicklungen in den nächsten Jahren gehen.

00:11:19: Optimistisch bin ich aufgrund des vergangenen Fortschrittes in den letzten Jahren die ganz exakte Lösung wie dieses Problem mit einem Schalter, Austausch eines Elementes zu realisieren sein wird.

00:11:33: Die kennt niemand, aber es gibt eine große Community weltweit die Tag für Tag an diesem Thema arbeitet und deswegen bin ich hoffnungsvoll dass wir in den nächsten Jahren die Stabilität, die ausreichende Stabilitet für die Peruskit Photovoltaik nachweisen

00:11:46: können.

00:11:46: Sie haben vorhin angedeutet, dass ja das Material auch deutlich flexibler ist und dadurch sich auch neue Einsatzgebiete Anwendungen realisieren lassen als bei den herkömmlichen Siliziumzellen.

00:11:58: Können sie da mal ein bisschen drauf eingehen?

00:12:00: Welche Anwendung werden denn in Zukunft noch hinzukommen oder neu erschlossen werden können?

00:12:07: Technologie, die größte Aufmerksamkeit erfährt im Volumen.

00:12:11: Die Peruscid-Silizium tandem photovoltaic und sie würde in erster Nährung erstmal die konventionelle Photovoltaics wie wir Sie heute kennen auf unseren Dächern in den Freiflächenanlagen besser machen.

00:12:20: Den Wirkungsgrad steigern.

00:12:23: darüber hinaus begründet durch die Tatsache dass die peruscid photovoltaaik eine dünnschicht Technologie ist kann ich sie eben auch auf flexible Folien aufbringen und neue Flächen damit für die Photovoltaik nutzbar machen, die derzeit nur schlecht durch die Photowoltaika nutzba gemacht werden können.

00:12:42: Zum Beispiel auf gekrümmten Fahrzeugoberflächen an Häuserfassaden aber auch in Kombination mit der Landwirtschaft.

00:12:49: Grundsätzlich total spannend zu hören, Daniel und ich haben uns vor diesem Podcast die Köppe eingeschlagen.

00:12:54: Ob das jetzt sozusagen der Game Changer wäre?

00:12:57: Dass man noch mehr Flächen irgendwo mit Solarzellen auspflastern würde unsere Zuschauer und unsere Zuhörer wissen.

00:13:03: wir haben jetzt schon ein Problem mit den Netzen aber grundsätzlich ist es natürlich attraktiv da auch mal noch mehr Solarzellen vor allem für die Eigenversorgung irgendwo im Haus irgendwozu zu etablieren.

00:13:13: können Sie dann nochmal kurz eingehen auf diese Beaksamkeit der Materie?

00:13:18: ist es so attraktiv, dass man im Grunde genommen seinen Innenraum das Haushalt damit abdecken kann und immer noch einen hohen, durch den Wirkungsgrad eben doch diese Ströme zu ernten?

00:13:30: Im Haus die Indoor-Anwendung zahlt sich die Vorteile der Fotovoltaik wahrscheinlich eher deingehend aus.

00:13:38: Dass man dann auf Kabel, also klassische Stromversorgungsalternativen verzichten kann.

00:13:44: Aber natürlich gibt es viele derzeit ungenetzte Flächen, die wir mit der Peruscid Photovoltaik erschließen können.

00:13:50: Die einfachste sind zum Beispiel die vielen Industriedecher auf denen man aufgrund der Statik heutzutage keine schweren aus Glas basierenden Solarmodule applizieren kann.

00:14:00: und wenn die Peruscid-Football-Tag in Kombination mit einer Folienverkapslung realisiert wird, dann ist sie eben leicht gewichtig und flexibel.

00:14:09: Und kann demnach auf viele von solchen Industrie Dächern auch appliziert werden.

00:14:15: Darüber hinaus gibt es neue Anwendungen im Fahrzeugbereich.

00:14:18: zum Beispiel auf Zeppelin forschen manche Kollegen an alternativen Lösungen durch die Perusgid-footballtage.

00:14:25: Sie haben vorhin angesprochen, dass diese Peroski zilizium Tandemzellen am nächsten Markt sind.

00:14:32: Können sie dann noch mal ein bisschen näher reingehen?

00:14:34: Was heißt am nächsten am Markt?

00:14:35: Weil ich hab irgendwo gelesen, Oxford-PV oder so was hätte letztes Jahr schon welche tatsächlich hergestellt und verkauft aber vielleicht auch in so einer Kleinserie.

00:14:44: also wir sind ja eben noch in keinem Massenmarkt, wie ich das verstanden habe.

00:14:47: Genau!

00:14:48: Wir sind in der Schwelle zur Kommerzialisierung, so mag ich das beschreiben und in dieser Situation gibt es immer einige First Mover.

00:14:55: Oxford Photovoltaic ist sicherlich der prominenteste First Mover in Europa, der die Perovsky-Zilizium Tandem Photovoltaaik vorwärts treibt.

00:15:06: Letztes Jahr haben sie einen Meilenstein demonstriert, indem Sie die ersten Module verkauft und auch in Amerika installiert haben.

00:15:15: Das ist ein ganz wichtiger Schritt um die Praxistauchtigkeit dieser Technologie zu belegen und gegebenenfalls auch Schwächen zu identifizieren Um die Technologie auszurollen auf der Gigawatt-Skala, da bedarf es eben Erfahrung nicht nur wie man die Solarzelle dann im einzelnen Herstand sondern wie man sie unter hohem Durchsatz geringem Materialaufwand und geringer Energieaufwand auf der gigawatt Skala herstellt.

00:15:41: Und diese Erfahrungen sammeln gerade die First Mover das heißt solche Firmen die die Technik vorwärts bringen.

00:15:47: Aber können Sie trotzdem noch mal diese Peroskit-Silizium-Tandem-Solarzellen beschreiben.

00:15:53: Also, ist das quasi zwei Technologien innerhalb eines Gerätes?

00:15:57: Oder wie muss ich mir das vorstellen?

00:15:59: Letzten Endes prozessieren wir eine fast konventionelle Siliziumsolarzelle und scheiden dann einfach einige zusätzliche Schichten auf dieser Siliziumsolarzell ab.

00:16:10: Dadurch wird sie in eine Tandem-Solarzelle verwandelt mit zwei sequenziell angeordneten Halbleitern, der Peruscid Solarzelle an der Vorderseite.

00:16:19: Die erntet das hochenergetische Sonnenlicht und lässt aber das niederenergenische Sonnelicht durch, dass dann in der darunter liegenden Siliziumsolazelle absorbiert werden kann.

00:16:30: Diese Solarzelle wird dann relativ konventionell in den Bauelementaufbau eines Solarmoduls integriert Und das ist der Vorteil, dass sie auf viele Aspekte der etablierten Solarmodulverkapslung aufbauen kann und letzten Endes relativ konventionell in entstehenden PV-Anlagen integriert werden kann.

00:16:55: Sie arbeiten ja jetzt im Kompetenzklass der PEROCLU-I daran, die Herstellung da zu skalieren.

00:17:01: Erzählen sie doch mal welche Voraussetzungen müssten denn geschaffen werden damit diese Peroskiet-Solarzellen auch in Deutschland in eine Massenproduktion gehen können?

00:17:09: Ja wir sind in Europa und in Deutschland insbesondere in der glücklichen Situation auf der Forschungslandschaft viele tollende spannende Initiativen zu haben.

00:17:18: es gibt das SolarTab aus der Helmholtz Gemeinschaft, das gibt PERO CLU ein Cluster in Baden-Württemberg und einige andere wichtige Initiativen aus den Universitäten und Forschungsinstituten heraus, die technologische Entwicklung der Peruvskid Photovoltaik begleiten.

00:17:35: Typischerweise bedeutet das dass man an Materialien forscht um die Zellen noch stabiler zu machen neue Bauelemente Architekturen denn die Zällen bestehen nicht nur aus dem Peruvski selbst sondern auch sogenannten Ladungstransportschichten und Elektroden oder an skalierbaren Verfahren.

00:17:52: Das heißt, wie kann ich die Technologie später in der Gigawatt-Scalar-Produktion möglichst effizient und möglichst stabil herstellen?

00:18:01: Und das bei hohem Durchsatz und geringem Material auffangen.

00:18:05: Diese Begleitforschung findet dann zum Beispiel im Kompetenzglasler Peruclu statt.

00:18:12: Das heisst sowohl in die Industrie ist engagiert aber gleichzeitig auch die Forschungszentren in diesem Fall aus Baden-Württemberg.

00:18:20: Ich weiß nicht wie es dir geht, ich höre ja praktisch jetzt gerade schon die Hörer stimmen unserer Zuhörer und unsere Zuschauer.

00:18:27: Herr Petzold, wie verhindern Sie dass wir bei dieser tollen Forschung an Peroski-Zellen das wir sozusagen nicht in die Situation rein laufen?

00:18:35: Dass wir alle Forschungen publizieren in der Welt Und dann genau das sehen, was wir vor zehn, fünfzehn Jahren gesehen haben.

00:18:41: Nämlich dass wir unsere Photovoltaik irgendwie abwürgen volkswirtschaftlich Das hier nicht attraktiv machen und dass andere Länder vielleicht China uns dieses diese tolle Forschung weg schnappt und damit in die Produktion geht.

00:18:53: Es sind da irgendwelche Vorstellungen auf ihrer Seite wie man das verhindert?

00:18:57: Ich glaube da hören gerade ganz viele Zuhörer aus dem Großraum Dresden zu Die ihm genau das gerne hören würden Dass es da eine Strategie gibt.

00:19:05: Da gibt es drei Gedanken zu.

00:19:07: Der erste Gedanke wäre, dass wir uns immer gegenwärtigen müssen, egal wo auf dieser Welt ein Solarmodul die konventionelle Herstellung mit CO-Zweihemissionen ersetzt.

00:19:22: ist das ein gutes installiertes Solarmodul.

00:19:26: Zweitens sind wir heute in der Situation, dass sicherlich die europäische Forschungslandschaft im Staaten internationalen Wettbewerb steht und auch in China große Innovationen im Bereich der Peruscit-Photovoltaik passieren.

00:19:40: Wir haben jetzt die Situation, dass in Europa ein sehr starkes Technologiecluster besteht aus First Movers wie vorhin genannt gleichzeitig Maschinenbauern, die sehr viel Innovation mit sich bringen denn sie produzieren die Anlagen, die am Ende diese Photovoltaaik ausrollen und auch Materialherstellern.

00:19:57: was bedarf es ist eine kluge Industriepolitik?

00:20:00: Eine Industrie Politik, die dafür sorgt das zumindest ein Arteil des Marktes geschützt wird, damit die technologische Souveränität für die Herstellung von Photovoltaik in Europa und Deutschland wieder etabliert werden kann.

00:20:15: Ich denke diese technologischen Souveranität ist höchst bedeutsam weil wir uns unabhängig machen wollen vom internationalen Einflüssen.

00:20:25: das heißt nicht dass wir zwingend den ganzen Markt abkoppeln müssen.

00:20:30: Aber einen Teil müssen wir schützen, damit in diesem geschützten Teilbereich des Marktes die europäischen Technologieklaster sich entwickeln und leben

00:20:39: können.".

00:20:40: Das gilt für die konventionelle Photovoltaik aber insbesondere für die neue Perowski basierte Photovoltag mit dem Shift.

00:20:49: jetzt zwischen den Technologien gibt es da sicherlich einen einmaligen Zeitpunkt indem man klug und weise eine solche Politik etablieren könnte und sollte.

00:21:00: Sie haben jetzt bei den Unternehmen schon vorhin angesprochen, die Firma Oxford Photovoltaik.

00:21:05: gibt es denn da noch andere auch in Deutschland vielleicht angesiedelte Unternehmen, die sich auf dieses Thema gestürzt haben?

00:21:12: Es gibt einige Startups in Europa.

00:21:14: Es gibt eine Firma aus Korea, Q-Sales die eine große Niederlassung in Ostdeutschland hat.

00:21:21: es gibt einige neue Initiativen in Europa um die Photovoltaikproduktion anzusiedeln.

00:21:28: diese basieren dann oft zunächst als Einschieckstechnologie auf der Silizium Photovoltag und im zweiten Schritt würden all diese Initiative dann auch die Peruskit für sich etablieren wollen.

00:21:43: Ja, wir kennen das aus diesem Podcast hier bei den Batteriezellen diese unglaubliche Abhängigkeit von chinesischen Firmen eigentlich in der gesamten Liefer- und Wertschöpfungskette von wirklich den Rohstoffen bis dann zu den fertigen Batteriezällen oder auch sogar dann den Modulen die dann erst aus China geliefert werden.

00:22:02: Wie sieht es denn hier aus?

00:22:04: Wie setzt sich denn hier so eine mögliche Liefer-, oder Wertschöffungskette zusammen?

00:22:09: Sie haben jetzt gerade schon gesagt Rohstoffe ist eigentlich nicht so das Problem, dass die alle irgendwie mehr oder weniger konzentriert in China sind.

00:22:17: Oder zumindest dort verarbeitet werden.

00:22:19: Aber vielleicht können Sie da auch noch mal drauf eingehen?

00:22:21: Also wie ist die Situation so?

00:22:22: Ist das Feld da noch gut bestellbar sozusagen?

00:22:25: Es gibt sicherlich keine besonders kritische Abhängigkeit von einzelnen Elementen und Materialien für die Peruskit basierte Football-Teig.

00:22:34: Was es gibt mittlerweile eine Menge Spezialprodukte mit der Entwicklung ... der letzten anderthalb Dekade vor allen Dingen primär in China hergestellt werden.

00:22:42: Ein Beispiel wäre das Solarglas, also Glas von besonderer Qualität, dass extra und besonders gut dafür geeignet ist Solarmodule die auf einem Vorderseitenglas basieren herzustellen Und die Herstellungskapazität zum Beispiel für dieses Solarglask liegt derzeit in Asien.

00:23:03: Es ist aber technologisch nichts was wir uns nicht wieder aneignen können denn diese Produktion gab es einzelnen Komponenten.

00:23:10: Aus diesen Gründen ist es auch nicht klug, die Technologieklaster komplett zu entkoppeln.

00:23:15: Das schwebt niemandem vor.

00:23:17: wir müssen voneinander lernen Wir müssen auch voneinanderspezialisierte Produkte nutzen in Europa und den Asien.

00:23:25: was aber notwendig ist dass wir einen Rahmen schaffen indem ein europäisches technologieklaster wachsen und gedeihen kann und dafür muss man mindestens ein Teil des Marktes in gewissen Rahmen schützen.

00:23:38: Ja, vielen Dank bis hierhin schon mal!

00:23:40: Liebes Publikum wir sprechen jetzt nochmal über zwei bestimmte Cellformen einmal Perovskit-Perovskit Dünnschicht Solarmodule und dann perovskid-perovskiet Silicium Stapelsolarzellen.

00:23:52: Insofern wird es jetzt ein bisschen komplizierter.

00:23:54: Herr Petz soll die abschließende Frage zum Talk bis hier hin?

00:23:58: ich habe so ein bisschen das Gefühl dass ist eine tolle Forschung behält ganz viele Vorteile für die Zukunft bereit.

00:24:03: Aber wir haben ja zum Beispiel auch an Eisenphosphatzellen im Bereich Batterie, bei diesen LFP-Batterien gesehen.

00:24:09: Es muss nicht immer höher schneller besser sein es muss sich insgesamt als Standard etablieren und eigentlich einfach zu produzieren sein.

00:24:17: jetzt mal die ganz konkrete Frage sind wir nicht bei PV Anlagen mit den Silizium basierten Solarmodulen?

00:24:23: Nicht schon an der Stelle das das jetzt skaliert und dass das jetzt überall auf der ganzen Welt gebaut wird.

00:24:29: braucht's da wirklich noch einmal die bisschen die kleine Verbesserung im Bereich der Materialien?

00:24:34: Also ich bin fest davon überzeugt, dass wenn die Peruskit Photovoltaik die Stabilität nachweisen kann technologisch sehr schnell.

00:24:43: Die weltweite PV Produktion innerhalb von weniger Jahre auf peruskit basierte Tandem-Photovoltag sei es zunächst mit Sedizium und später in komplizierteren Baulementen diese genannt haben umschwenkt.

00:24:56: Der Hintergrund ist das Wenn ich heute ein PV System mir aufs Dach setze, dann investiere ich nur ungefähr dreißig bis fünfunddreißig Prozent in das Solarmodul.

00:25:08: Die größten Kosten entstehen durch die Handwerker, wie das Modul auf's Dach bringen, die die Anschlüsse legen, den Inverter installieren und die Verbindung zum Netz herstellen.

00:25:20: Und diese letzt genannten Kosten sind immer da.

00:25:23: unabhängig davon, wie hoch die Kosten für das Solarmodul den Wirkungsgrad des Solarmoduls erhöhe, dann steht es immer im Nenner.

00:25:34: Das heißt eine Erhöhung relativ um dreißig Prozent des Solarmodul-Wirkungsgrats wird sofort dreizig Prozent des Energieertrags erhöhen.

00:25:46: Wird aber anteilig viel weniger kosten denn ganz viele Kosten die dieses Solarmudul geflossen sind Die Verkapslung das Glas und die Kontakte die entstehen unabhängig davon wie jetzt wirklich der die Zelle selbst hergestellt wird.

00:26:01: Und aus diesen Gründen ist die Wirtschaftlichkeitsberechnung für diese Technologie sehr leicht, wenn der Wirkungsgrad steigt, wird dies relativ schnell umgesetzt – das haben wir historisch auch bei der Silizium-Voltaik gesehen, die über viele Jahre immer wieder im Wirkungskrad gestiegen ist.

00:26:17: Relativ geringen im Vergleich zu Peruscid-Silizium Tandem Voltaiken.

00:26:23: Bin ich ja ganz, ganz begeistert gerade normalerweise.

00:26:27: Scheuen sich Forscher immer ein bisschen um diese Aussagen herumzukommen?

00:26:30: Sie sagen wirklich in zehn Jahren ist das der Standard!

00:26:33: Wenn wir die Stabilität im Griff kommen, isst das der standard und es wird schnell gehen.

00:26:37: auch im Silizium Bereich hat es in den letzten zwei Dekaden den Wechsel zwischen mehreren Technologien gegeben.

00:26:44: Die basieren alle auf einem Silizion Wafer.

00:26:46: aber wie genau die Solarzelle funktioniert, wie die funktionalen Schichten abgeschieden werden Ob die Finger auf der Vorderseite oder Rückseite liegen, da hat es viele Entwicklungen gegeben und sobald eine Technologie hinsichtlich des Wirkungsgrades einen signifikanten Schritt nach vorne gemacht hat wurde sie auch immer in relativ kurzer Zeit umgesetzt.

00:27:07: Deswegen bin ich sehr sicher dass dies auch passiert wenn wir die Stabilität in den Griff bekommen und den Wirkungskrad auf dem hohen Niveau halten wie wir ihn bereits jetzt im Labor gezeigt haben.

00:27:17: Dann reden wir mal über diese zwei doch sehr sonderbaren Formen der Perovskid-Zelle.

00:27:24: Herr Petz, Sie haben vorhin schon gesprochen über die Perovski-Zilizium-Tandem-Solarzelle?

00:27:28: Jetzt sprechen wir einmal über die perovskit-perovskiet-Dünnschicht-Solarmodule!

00:27:34: Liebe Hörer und Hörere ich hoffe sie kommen noch mit also Dünnsschicht Solarmodulen.

00:27:37: was versteht man denn darunter?

00:27:39: das sind ja jetzt Formen die noch nicht in der Produktion sind aber die auch sehr erfolgsversprechend sein könnten.

00:27:46: Wie Eingangs Dargestellt besteht eine Tandem-Technologie am Ende nur auf dem einfachen Ansatz daraus, dass ich zwei Halbleitermaterialien nehme die für unterschiedliche Bereiche des Sonnenspektrums optimiert sind.

00:27:59: Und dadurch kann ich den Gesamtwirkungsgrad erhöhen steigern.

00:28:04: theoretisch aber auch ganz praktisch.

00:28:06: und dieses Konzept würde man als erstes voraussichtlich umsetzen in der Kombination Peroski mit Silicium weil man auf die gesamte Silicianplattform aufbauen kann.

00:28:17: Man muss also nur ein paar Schichten zusätzlich aufbringen.

00:28:21: Im Gegensatz dazu kann man aber direkt weiter denken, was passiert wenn wir irgendwann das Silizium ersetzen durch eine zweite Perovski-Schicht?

00:28:28: Und der Ansatz dazu wäre Perovskid mit einer hohen Bandlücke, so nennen wir Forscher das.

00:28:35: Das heißt ein Bereich in dem das hochenergetische Lichtgut absolviert wird zu kombinieren mit einer Perovski-Schicht, in der das Sonnenlicht der niedrigen Energie, dass es mit einer niedriger Bandlüppe gut umgewandelt werden kann und die Perovskyte aufgrund ihrer Eigenschaft, dass sich durch die Substitution den Austausch verschiedener Komponenten in der Kristallstruktur die Bandlükke anpassen kann.

00:28:58: sie bieten diese einmalige Möglichkeit effiziente Peroskit-Peroskit Tandem-Solar-Zellen und Module herzustellen.

00:29:08: Das konnten wir hier ganz praktisch am KIT auch vor zwei, drei Jahren zeigen als wir das erste Mal überhaupt ein Peroskit-Peroskit Tandemsolar-Modul hergestellt haben also schon in einer vollständigen Modulverstaltung noch auf kleiner Fläche diese Technologie vorwärts gebracht haben.

00:29:24: Und dasselbe Konzept kann ich auch wieder weiter denken, wenn ich eine Perovskid-Silizium-Tandem-Solarzelle nehme.

00:29:31: Dann kann ich den Wirkungsgrad noch weiter steigern, wenn mich jetzt drei Solarzellen übereinander stapeln und in dem Fall dann eine perovskit-perovskitsilizium triple junction also dreifach Solarzelle herstelle.

00:29:44: deswegen glaube ich das bin überzeugt davon dass wir am Anfang eigentlich der Ehrer des Peroskit Photovoltaik stehen, sobald das Stabilitätsproblem in Griff bekommen wurde.

00:29:58: Weil dann sich immer neue komplexere Architekturen ergeben die den Wirkungsgrad immer weiter steigern werden.

00:30:05: Haben Sie doch mal eine genaue Zahl jetzt bei diesem PerosKit-PerosKit Solarmodulen diese jetzt am KIT zum Beispiel da vor ein paar Jahren hergestellt haben?

00:30:14: Damals haben wir zwanzig Prozent erreicht mittlerweile wurden achtundzwanzig prozent erreicht im Modul über dreißig Prozent in der Zelle.

00:30:22: und da wieder der Vergleich.

00:30:24: Nach über fünfzig Jahren Entwicklung hat die Silizium-Fotovoltaik siebenzwanzig Prozent erreicht nur, während diese neue Technologie jetzt in wenigen jahren Entwicklungen schon über dreizig Prozent gesteigert wurde.

00:30:38: Okay, ja das ist beachtlich.

00:30:39: Also da ist schon ein Riesenpotenzial noch so in Zukunft offensichtlich.

00:30:43: Was schätzen Sie denn?

00:30:44: Wie lange wird es noch im Labor sozusagen sein diese Technologie jetzt bis sie dann auch an den Markt ran geführt werden kann sowie die Tandemzellen

00:30:52: also die Peros geht Silicium-Tandemsolat sind aus gutem Grund der First Mover die erste Technologie auf die wir setzen weil sie

00:30:59: auf

00:31:00: einige Komponenten aufsetzen können, die in der Siliciam Photovoltaik bereits etabliert sind Und es gibt derzeit erste Firmen, die an der Schwelle zur Kommerzialisierung stehen.

00:31:10: Ich schätze das.

00:31:11: von fünf Jahren wird es schon noch dauern, die ganze Produktion weltweit auch umzustellen nachdem dann eben dieser Beweis über die Stabilität angeführt wurde.

00:31:20: Neuere Architekturen wie die Peroskit-Peroskit Tandem Photovoltaik da wird es noch ein paar Jahre mehr brauchen weil auch die Anforderungen und Herausforderung an die Stablität noch etwas größer sind als bei der Peroski Silicium Tandems Photovoltag.

00:31:35: Ja, die letzte Technologie hat schon angekündigt.

00:31:37: Das ist wiederum Peroskit-Peroskit Silicium Stapelsolarzelle.

00:31:41: Vielleicht können Sie da noch mal ein bisschen eingehen?

00:31:43: Warum heißt es in dem Fall jetzt Stapel?

00:31:45: Staple ist in diesem Fall ein Begriff dafür, dass man das Konzept immer weiter denken kann.

00:31:51: Letztes Name ist eine Dreifachsolarzille.

00:31:53: Tandemsolarzeln heisst zwei Solarzellen im Tandem.

00:31:56: Eine dreifache Solarzelle sind drei Solarzellen übereinander Und ich kann das Konzept sehr leicht weiterdenken und auch vier Solarzellen perspektivisch übereinander stapeln.

00:32:05: Die technologische Komplexität steigt irgendwann, und natürlich auch das zusätzliche Potenzial was sich mehr erschließen kann im Wirkungsgrad sinkt.

00:32:13: umso mehr Zellen nicht übereinanderschapeln.

00:32:15: aber am Ende ist es Stapelsolarzelle ein Überbegriff eine Mehrfach-Solarzell wie es manchmal auch genannt wird einen Überbegriff dann für komplexere Strukturen als nur eine Tandemsolarzälle wo nur zwei Halbleiter miteinander kombiniert werden.

00:32:32: Macht

00:32:32: es denn jetzt Sinn, wenn man zum Beispiel über eine Peroskit, peroskit... sozusagen unendlich lagen übereinander die dann jeweils nur ein kleines Spektrum vom Licht absorbieren sprechen?

00:32:45: oder macht das dann irgendwann keinen Sinn mehr wenn dieses Frequenzband immer enger wird?

00:32:50: jetzt pro Lage?

00:32:51: Also rein konzeptionell wurde bei so genannten Stapelsolarzellen für den Weltraum basierend auf drei fünf oder zwei sechs Halbleitern gezeigt, dass man auch Solarzellen mit vier Junctions also vier halbleiter Kombinationen und sechs halbleite Kombination realisieren kann.

00:33:11: Und große Wirkungsgrade umsetzen kann.

00:33:13: die technologische Relevanz sinkt irgendwann weil die Anforderungen dann an die Präzision und an die Kombination der Materialien immer weiter steigt Und natürlich auch der Produktionsertrag sinkt, weil es viel leichter ist, dass sich Fehler einschleichen umso mehr Solarzelle nicht beieinander produzieren.

00:33:33: Das heißt wo genau dann irgendwann produktionstechnisch das Limit hinsichtlich der Komplexität anzusiedeln ist?

00:33:41: Das muss man dann zeigen.

00:33:42: ich würde aber davon ausgehen, dass das oberhalb der Tandem-Solarzelle und vielleicht auch oberhalb der dreifach Stapelsolarzellen liegt.

00:33:50: Jetzt blöde Frage, ganz am Ende dieses Podcast doch noch mal den Rückblick.

00:33:54: Wie ist denn das derzeit bei normalen PV-Anlagen?

00:33:57: Also da ist ja nur eine Schicht tatsächlich aus Silicium realisiert oder?

00:34:02: Konventionale Solarzellen verwenden ein einziges Halbleitermaterial um das Sonnenlicht zu absorbieren.

00:34:11: und bei der Auswahl dieses Material bin ich in einem Dilemma Das Material zeichnet sich dadurch aus Bandlücke, eine Energielücke hat.

00:34:20: Das heißt es kann eigentlich nur optimal ausgewählt werden für eine ganz bestimmte Wellenlänge des Lichtes.

00:34:27: Das heisst eine Farbe könnte man in erster Ernährung dazu sagen.

00:34:32: Für

00:34:32: das Licht dass ein höhere Energie hat als diese optimale Wellen.

00:34:36: Länge habe ich sogenannte Thermalisierung Verluste.

00:34:39: da ist Verlust dadurch dass sich nur den Anteil der Energie dieses Lichtes ernten kann Der vorgegeben ist.

00:34:45: für die Bandlücke und Für das Licht, dass eine niedrige Energie als diese Bandlücke hat, gilt die Tatsache, dass sich das Licht nicht einmal absorbieren kann.

00:34:56: Und der Auswahl dieser Bandlücke ist also entscheidend über den maximalen Wirkungsgrad, den ich mit einem Material erreichen kann.

00:35:04: Theoretisch liegt dabei dreißig Prozent und im Fall von Silizium bei neunundzwanzig Prozent.

00:35:11: Herr Petzold, herzlichen Dank für Ihre Einschätzung und ihre Expertise.

00:35:14: Liebes Publikum jetzt seid ihr dran!

00:35:16: Schreibt uns mal in die Kommentare was denkt ihr über diese Peroskit-Technologie?

00:35:20: Und was denkt Ihr in welchen Anwendungen das vielleicht auch spannend wäre – auch so vielleicht in eurem privaten Bereich?

00:35:26: Ansonsten sind wir zurück am nächsten Sonntag.

00:35:27: Macht's gut bis dahin.

00:35:28: Tschüss!

00:35:32: Wir freuen uns, dass ihr zugehört habt und noch mehr freuen würden Patrick und ich uns darüber wenn ihr diesen Podcast bewertet.

00:35:39: Da gibt es meist so eine fünf Sterne Funktion.

00:35:41: das ist für uns immer ganz toll wenn wir wissen was wir in Zukunft besser machen können.

00:35:46: Wenn nicht schon passiert dann abonniert auch gerne den geladen podcast und empfieh'n uns auch gerne weiter.

00:35:52: Bedanken wollen wir uns bei all unseren Gesprächsgästen, speziell unseren Partnerinstituten und natürlich allen die hinter den Kulissen sonst noch so mitwerken.

00:36:22: Eine Forschungsplattform des

00:36:24: Karlsruher Instituts für Technologie und der Universität Ulm.

00:36:28: Außerdem unterstützen diesen Podcast

00:36:30: das Zentrum

00:36:31: für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg, und das Deutsche Zentrum for Luft & Raumfahrt.