Cluster „Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik“

Cluster „Dünnschicht- und
Nanotechnologie für Photovoltaik“
Hintergrund
Photovoltaik- die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom,
besitzt ein riesiges Potenzial und kann einen entscheidenden Beitrag für eine
zu-künftige nachhaltige Energieversorgung leisten. Die weltweite Photovoltaikindustrie wächst rasant und ist verbunden mit Hochtechnologieentwicklungen im Anlagen- und Komponentenbau. Damit dieses Wachstum langfristig
aufrecht erhalten wer-den kann, gilt es, die Entwicklung weiter zu treiben und
damit die Kosten für die photovoltaische Stromerzeugung kontinuierlich zu
senken.
Der Schwerpunkt der deutschen Photovoltaikindustrie befindet sich in den
neuen Bundesländern und deren Zentrum, der Region Berlin. Hier ist mit zahlreichen Instituten und Firmen ein außerordentlich viel versprechendes Netzwerk auf dem Gebiet der Photovoltaik entstanden. Mehrere Solarfirmen haben
mit dem Bau von Produktionsstätten für Solarmodule der nächsten Generation
begonnen und setzen dabei auf Dünnschichttechnik. Damit sind kurzfristig
Investitionen von deutlich über 500 Mio. € und die Schaffung von über 1000
Arbeitsplätzen verbunden; die längerfristigen Planungen gehen weit darüber
hinaus. Diese Zukunftstechnologien erfolgreich und langfristig in Deutschland
zu etablieren und auszubauen, erfordert den kontinuierlichen Wissenstransfer
aus einer nachhaltigen und grundlegenden Forschung und Technologieentwicklung. Dabei müssen die Anstrengungen in Forschung und Ausbildung
deutlich verstärkt werden, um dem internationalen Wettbewerb standzuhalten.
Ziel ist es, Solarmodule zu entwickeln, die mit geringstem Material- und Energieaufwand hergestellt werden können.
Diese Aufgaben sind mit der bestehenden wissenschaftlichen und technischen
Infrastruktur in der Region nicht zu meistern. Notwendig ist es daher, den
Wissenschaftsstandort Berlin nachhaltig zu stärken. In einer strategischen
Partnerschaft zwischen der TU Berlin, dem Hahn-Meitner-Institut und führenden deutschen Unternehmen ist geplant, ein „Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik Berlin“ aufzubauen und zu
betreiben. Das Innovationszentrum Energie dient dem Kompetenzzentrum als
Plattform zur interdisziplinären Zusammenarbeit innerhalb der TU.
Solarfassade aus Dünnschichtsolarmodulen
der Firma Sulfurcell am Ferdinand-BraunInstitut in Berlin Adlershof
Ziele
Entwicklung von kostengünstigen und effizienten Solarmodulen.
Entwicklung innovativer Beschichtungsverfahren und Prozesse entlang der Wertschöpfungskette von Dünnschichtsolarmodulen.
Realisierung von Prototypen und „Proof of
Concept“ für neuartige Solarzellenkonzepte und
Herstellungsverfahren.
Hochwertige Ausbildung von Wissenschaftler/innen und Ingenieur/innen.
Ziele des Clusters und inhaltliche Beschreibung
Forschungspartner
Aufgaben sind die Entwicklung innovativer Beschichtungsverfahren und Prozesse entlang der Wertschöpfungskette von Dünnschichtsolarmodulen sowie
die hochwertige Ausbildung von Wissenschaftler/innen und Ingenieur/innen.
TU-Berlin
Die Dünnschichtphotovoltaik erfordert die Realisierung und Kontrolle von
Wachstumsvorgängen und mikroskopischen Eigenschaften der Schichten und
gleichzeitig eine Gewährleistung hoher Qualität auf quadratmetergroßen kostengünstigen Substraten. Prozessdiagnostik und Prozesskontrolle sind dabei
Schlüsseltechniken, um optimale Verfahren zu entwickeln und später eine
zuverlässige Produktion zu sichern. Die Modellierung von komplexen Herstellungsprozessen für die großflächige Dünnschichtherstellung ist ein weiterer
wichtiger Bestandteil der Entwicklung. Diese Fragestellungen müssen technologieübergreifend und interdisziplinär bearbeitet werden.
Für eine zukünftige nachhaltige Energieversorgung gilt es, die Photovoltaik in
die Energieversorgung zu integrieren. Fragestellungen betreffen Systemlösungen für Gebäude, die Integration der Photovoltaik in elektrische Netze und die
Stromspeicherung. Damit gibt es eine enge Wechselwirkung mit den Clustern
„Netze und funktionale Energiespeicherung“, „Nutzung von Niedertemperaturwärme“ und „Energieeffiziente Gebäude und Städte“.
FG Photovoltaik, Prof. Rech
FG Halbleiterbauelemente, Prof. Boit
und weitere FG aus den Bereichen Energietechnik, Physik, Chemie, Mathematik,…
Hahn-Meitner-Institut Berlin, Prof. Schock
Industriepartner
Sulfurcell
Q-Cells
Ersol Thin Films
Applied Materials
Avancis
Schott Solar
Leybold Optics
Von Ardenne Anlagentechnik
und weitere Firmen aus dem Bereich Dünnschichtphotovoltaik
Partner und Kompetenzen
Kontakt
TU Berlin
Die Wertschöpfungskette in der Entwicklung von Dünnschichtsolarmodulen
spannt den Bogen von der grundlegenden Materialforschung bis zur photovoltaischen Systemlösung. Der Cluster baut dabei auf die Expertise von einer
großen Zahl von Fachgebieten. Im Bereich der Grundlagenforschung sind das
physikalische und chemische Analysetechniken sowie die Untersuchung von
Konzepten der Nanotechnologie und Photonik. Direkt verbunden sind die
Halbleitertechnologie, das Fachgebiet Photovoltaik und die Modul- und Systemtechnik. Übergreifende Fragestellungen betreffen die Energietechnik. Für
die Beschreibung der Prozesse, der Bauelemente und für die Optimierung der
Systeme bietet das Matheon einzigartige Möglichkeiten.
HMI - Hahn-Meitner- Institut Berlin
Prof. Dr. Christian Boit
Institut für Hochfrequenz- und HalbleiterSystemtechnologien
Einsteinufer 19
10587 Berlin
Prof. Dr. Bernd Rech
Abteilung Silizium-Photovoltaik
Hahn-Meitner-Institut
Kekulestraße 5
D-12489 Berlin
Prof. Dr. Hans-Werner Schock
Bereichsleiter Solarenergieforschung
Abteilung Technologie
Hahn-Meitner-Institut
Glienicker Straße 100
D-14109 Berlin
Das HMI ist eines der weltweit führenden Forschungsinstitute auf dem Gebiet
der Photovoltaik. Das HMI konzentriert sich auf zielorientierte Grundlagenforschung und baut darauf die technologische Entwicklung von Prototypen für
die industrielle Anwendung auf. Die Arbeiten betreffen einerseits die Entwicklung von hocheffizienten Dünnschichtsolarzellen und orientieren sich an den
heute weltweit am weitesten entwickelten Halbleitermaterialien. Andererseits
werden neue Materialkombinationen aus häufigen und umweltfreundlichen
Elementen erforscht. Die für 2009 geplante Fusion des HMI mit BESSY (Berliner Synchrotronspeicherring GmbH) wird der Photovoltaik-Forschung weitere, neue Optionen eröffnen.
Unternehmen
Der Wirtschaftsraum Berlin/Brandenburg und der angrenzenden Bundesländer
ist Sitz einer Vielzahl von Unternehmen auf dem Gebiet der Photovoltaik. In
nebenstehender Aufzählung sind exemplarisch die Unternehmen genannt, die
das „Memorandum of Understanding“ für den Aufbau des Kompetenzzentrum
Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik Berlin unterschrieben
haben. Darüber hinaus gibt es enge Kontakte mit praktisch allen regionalen
Unternehmen.
Flexible Dünnschichtsolarzelle, hergestellt
im Labor des Hahn-Meitner-Instituts