photovoltaik Ausgabe: 11-2019

„Der Innovationsdruck ist groß“

Das Photovoltaic Technology Evaluation Center (PV-Tec) am Fraunhofer ISE schließt die Lücke zwischen Laborforschung und industrieller Anwendung.

Das Photovoltaic Technology Evaluation Center (PV-Tec) am Fraunhofer ISE schließt die Lücke zwischen Laborforschung und industrieller Anwendung.

Wissenschaft — Wie aus Forschungsgeldern handfeste Wertschöpfung entsteht, erklärt Ralf Preu vom Fraunhofer ISE. Besonders die Maschinenbauer sind Partner der Institute.  Ein Interview

Welches Ziel verfolgt die Photovoltaikforschung am Fraunhofer ISE?

Ralf Preu: Es geht vor allem darum, die Stromgestehungskosten zu reduzieren. Wir suchen also nach Wegen, den Wirkungsgrad der Zellen und Module zu steigern, aber auch für ihre Herstellung solche Verfahren und Technologien zu entwickeln, die die Produktion preiswerter machen.

Wer sind die Partner?

Das sind Produzenten von Bauelementen, das können Wafer, Zellen oder Module sein. Dann gibt es aber auch die Zulieferindustrie, insbesondere die Maschinenbauer und Materialhersteller. Sehr enge Kooperationen gibt es mit dem Maschinen- und Anlagenbau. In diesem Entwicklungsfeld haben wir in den letzten 20 Jahren sehr große Kostenreduktionen für die Photovoltaik erreichen können.

Wie wird aus Forschungsförderung Wertschöpfung?

Da gibt es verschiedene Wege. Ein Großteil unserer Projekte läuft im Verbund. Das heißt mit Partnern. Das können andere Institute sein, aber auch Industriepartner. Sie stellen Forschungsleistung, Maschinen oder beteiligen sich an den Kosten. Die Forschungsgelder, die wir vom Staat für ein konkretes Projekt erhalten, fließen dann ebenfalls in den Verbund. Wenn es ein verwertbares Forschungsergebnis gibt, können das die Verbundpartner nutzen. Die Konditionen dafür werden verhandelt.

Entwickeln Sie auch ganz eigene Ideen?

Es gibt auch Ansätze, die wir vollständig allein entwickeln. Das betrifft vor allem die Vorlaufforschung. Deren Ergebnisse eröffnen für viele spätere Nutzer Anwendungsmöglichkeiten, haben aber oft noch keine Industriereife. Ungefähr 20 Prozent unserer Forschungsgelder fließen in solche Projekte. In diesem Fall haben wir alle Rechte an der Entwicklung und können das entwickelte Produkt oder Verfahren lizenzieren. Das heißt, die Fraunhofer-Gesellschaft verkauft an Dritte das Recht, das Verfahren anzuwenden oder weiterzuentwickeln. Ein Teil der Nettoeinnahmen geht dann auch an den einzelnen Erfinder.

Wie werden die Ergebnisse verwertet?

Wenn uns ein Industrieunternehmen beauftragt und das macht einen wichtigen Teil der Forschung aus, kann natürlich der Auftraggeber das Ergebnis nach seinem Gusto verwerten oder es auch in der Schublade liegen lassen. Bei Verbundforschung haben wir eine Verwertungspflicht. Wir müssen dokumentieren, welche Ergebnisse aus dem Projekt kommen. Da kann es beispielsweise so sein, dass wir drei Einzelergebnisse transferieren oder in anderen Projekten weiterverwenden. Aber vielleicht auch für einzelne Punkte resümieren, dass wir dort kein verwertbares Ergebnis erzielt haben. Dabei ist die Grundidee, dass offengelegt wird, was wir gemacht haben.

Wie sieht ein gelungenes Beispiel aus?

Im Bereich der Perc-Entwicklung haben wir auf einer Anlage der Firma Meyer Burger erstmalig demonstriert, dass die für die Rückseiten benötigten dielektrischen Schichten auf einer industrienahen Anlage tatsächlich mit einem hohen Durchsatz hergestellt werden können. Die in diesem Projekt entwickelte Technologie wurde zum einen an Q-Cells gegen Zahlung übertragen. Zusätzlich wurde das Know-how an Meyer Burger selbst transferiert. Der Maschinenbauer konnte daraufhin solche Anlagen weltweit verkaufen. Das ist ein erfolgreiches Beispiel.

Die Perc-Idee hatte auch eine Vorgeschichte …

Ja, die Zellstruktur von Perc wurde bereits 1989, also vor 30 Jahren, von einem Forscherteam in Australien entwickelt. Damals war die Herstellung extrem aufwendig, sodass eine industrielle Produktion nicht verfolgt wurde. Mitte der 90er-Jahre wurde am Fraunhofer ISE eine einfachere Variante entwickelt. In den 2000er-Jahren wurden Technologien entwickelt, um die photolithografische Strukturierung durch Laserstrukturierung zu ersetzen. Nach zehn Jahren und in Verbindung mit anderen Verfahren war es dann ökonomisch sinnvoll und möglich, Perc-Zellen industriell herzustellen.

Wie ging es weiter?

2011 brachten Q-Cells und Solarworld Pilotproduktionen an den Start. 2012 startete die Massenproduktion. In diesem Fall hat der Patentschutz nicht ausgereicht, um andere Hersteller von dieser Technologie auszuschließen, auch da viel Know-how bei den Anlagenherstellern lag. So begann der weltweite Einsatz dieser Technologie. Spätestens für 2019 kann man sagen, dass die Perc-Technologie die weltweit am meisten verbreitete Solarzellenstruktur ist. Der Prozess von der eigentlichen Erfindung über die Erforschung des Potenzials und der Entwicklung günstiger Produktionstechnologie bis hin zum Massenprodukt dauerte somit über 30 Jahre

Immer öfter hört man von der Topcon-Zelle als Zelle der Zukunft …

Topcon ist ein Begriff, den das Fraunhofer ISE von Anfang an geprägt hat. Ähnliche Ansätze gab es bereits in den 70er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts. Aber der spezielle Ansatz, den wir gewählt haben, begann vor rund zwölf Jahren. 2013 konnten wir eine erste Rekordeffizienz vermelden. Die ersten Schritte waren Vorlaufforschung. Jetzt sind wir in der Phase, wo wir mit Partnern die Anlagentechnik vorantreiben. Tatsächlich sind Topcon-Zellen schon auf dem Markt. Jollywood aus China produziert solche Zellen schon, hat das Grundprinzip übernommen, aber im Detail einen anderen Weg verfolgt. Die Topcon-Zelle aus unserer Entwicklung wird in sehr ähnlicher Form von Trina in den Markt eingeführt und bereits in größeren Mengen mit sehr hohem Wirkungsgrad produziert, aber im Multi-Gigawatt-Bereich sind sie noch nicht.

Haben die deutschen Maschinenbauer die Nase vorn im internationalen Vergleich?

Der Innovationsdruck bei den Maschinenbauern ist groß. Wiederholung von Konzepten wird von den chinesischen Maschinenbauern abgedeckt, die damit meist einen Kostenvorteil verbinden können. Das bedeutet für die Maschinenbauer hierzulande, dass die neuen Maschinen wirklich innovativ sein müssen, also beispielsweise die Herstellung von innovativen Zellstrukturen erlauben.

Worin sehen Sie den Beitrag Ihrer Forschung?

Die Produktionstechnologie hat die industrielle Herstellung effizienter Solarzellenstrukturen ermöglicht. Ein noch größerer Teil der eindrucksvollen Kostenreduktion photovoltaischer Module von mehr als 90 Prozent in den letzten zehn Jahren kommt aber aus der gestiegenen Produktivität der Maschinen und der Einsparung von Material, das darf man nicht vergessen. Heute bringen manche Maschinen den zehnfachen Output wie noch vor zehn Jahren, und das mit viel weniger Mitarbeitern. Diese Entwicklung hat der Maschinenbau getragen.

Das Gespräch führte Petra Franke.

www.ise.fraunhofer.de

Literatur

Fussnoten

  • Die Topcon-Zelle des Fraunhofer ISE erreicht einen Wirkungsgrad von 25,8 Prozent.

  • Ralf Preu

    leitet den Forschungsbereich für Photovoltaik-Produktionstechnologie am Fraunhofer ISE in Freiburg.

Fraunhofer ISE

Foto: Fraunhofer ISE

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