Der Vertreter der Firma MBraun schaut mit Zufriedenheit zu, wie seine “Glove Box” in der Praxis eingesetzt wird. Große Glasvitrinen mit Gummiarmen, sodass die Mitarbeiter des Helmholtz Zentrums Berlin (HZB) in einer sterilen Umgebung arbeiten können. In einem der Schränke spiegelt ein junger Forscher zwei Solarzellen übereinander, „weil das eines der Dinge ist, die wir hier tun”, sagt HZB-Professor Steve Albrecht. „Gemeinsam mit unseren Partnern sind wir auf der Suche nach neuen Anwendungen in der Photovoltaikindustrie.”
Der „Industrietag 2019” im Forschungszentrum des HZB im Berliner Stadtteil Adlershof bietet eine perfekte Gelegenheit, Kollegen aus der Industrie und anderen wissenschaftlichen Einrichtungen die vielversprechendsten Projekte zu zeigen. So kann man dort Leute vom renommierten Max-Planck-Institut und Fraunhofer sowie Unternehmen wie Von Ardenne und Oxford PV antreffen.
Merkel und die Gebrüder Wright
Die meisten von ihnen haben ihre Arbeitsplätze in Laufnähe, denn in Adlershof hat sich auf einem relativ kleinen Gebiet von 4,1 km2 viel Photovoltaik-Wissen angesammelt. „Nicht umsonst ist dieser Bezirk seit Anfang des letzten Jahrhunderts ein Zentrum der industriellen Forschung”, erklärt Roland Sillmann von Wista Management, der Organisation, die ein großes Mitspracherecht hat, wer sich in Adlershof niederlassen darf und wer nicht.
Sillmann: „Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war dies einer der ersten deutschen Flughäfen, auf denen die Gebrüder Wright ihre Flugzeuge getestet haben. In den zwanziger Jahren hatte BMW hier eine seiner wichtigsten Fabriken und war in der DDR-Zeit das wichtigste Forschungszentrum. Wussten Sie zum Beispiel, dass Angela Merkel hier studiert hat?”
Nach dem Mauerfall 1989 hat es einige Zeit gedauert, bis Adlershof wieder auf die Beine kam, aber heute ist es laut Sillmann wieder eines der wichtigsten Technologiezentren in Deutschland mit 16 wissenschaftlichen Einrichtungen und 1150 Unternehmen, vor allem aus den Bereichen erneuerbare Energien, Nanotechnologie und Materialverarbeitung, Biotechnologie und optische Industrie.
Dünnschicht-Verbundwerkstoffe
Im Bereich der Solarzellen forscht das HZB in verschiedenen Richtungen. Natürlich wird experimentiert mit dem klassischen Silizium-Halbleitermaterial, aber auch andere Materialien wie die so genannten Dünnschichtverbunde CIGS (Kupfer, Indium, Gallium und Selenid) und das mineralische Perowskit sind sehr wichtig, da sie den großen Vorteil haben, eine viel höhere Ausbeute liefern zu können und meist auch dünner sind.
Laut Rutger Schlattmann, der für den Transfer von wissenschaftlichem Wissen in Unternehmen am HZB verantwortlich ist, ist eines der vielversprechendsten Projekte eine Kombination aus Perowskit- und CIGS-Solarzellen, eine Studie, die in Zusammenarbeit mit der TU Eindhoven durchgeführt wird.
Tandemzellen
„Der große Vorteil dieser „Tandemzellen” ist, dass Perowskit das blaue Licht der Sonne in Energie umwandeln kann, während sich CIGS-Zellen auf das rote Spektrum konzentrieren”, erklärt Schlattmann. Zusammen ergeben sich daraus extra starke Zellen, die nach seinen Worten theoretisch bis zu 30% des Sonnenlichts in Strom umwandeln können. Im Vergleich zu einem durchschnittlichen Solarmodul auf dem Dach wird ein Wirkungsgrad von in der Regel zwischen 15 und 20% erreicht.
Laut Professor Albrecht liegt das HZB mit seinen „perovskiet-CIGS-Zellen” nun bei einem Wirkungsgrad von 21,6%. Dies entspricht fast dem Niveau der 21,5%, die Solliance kürzlich in Eindhoven erreicht hat. Auch dieses europäische Forschungszentrum sieht große Chancen in dieser Technologie.
Mit einer weiteren Tandemsolarzelle – bestehend aus Perowskit und Silizium – hat das HZB einen noch etwas höheren Wirkungsgrad von über 25%. Für diese Tandemsolarzellen wurde sogar eine industrielle Pilotanlage in Brandenburg zusammen mit dem britischen Unternehmen Oxford PV gebaut. Der Hauptvorteil der Perovskit-CIGS-Solarzellen liegt laut Schlattmann darin, dass sie prinzipiell viel billiger zu produzieren sind, sowohl aufgrund der geringeren Materialkosten als auch des geringeren Energieverbrauchs. Natürlich erfordert dies einen Schritt vom Labor zur industriellen Anwendung, und dieser Schritt ist oft der schwierigste.
