Verjüngungskur für Solarzellen

Beschichtungen von Photovoltaik-Anlagen könnten haltbarer sein. US-Forscher setzen deshalb nun auf Silikon.

Herstellung und Installation von Photovoltaik-Anlagen sind nach wie vor vergleichsweise teuer. Entsprechend wichtig ist deshalb eine möglichst lange Lebensdauer der Stromerzeuger – je länger sie auf dem Dach bleiben können, desto besser. Derzeit werden die zerbrechlichen Siliziumwafer, aus denen die Module bestehen, während der Produktion normalerweise mit einer Schutzschicht aus Ethylen-Vinyl-Acetat laminiert. Diese Beschichtung ist gegen Wind und Wetter auf Dauer jedoch nicht widerstandsfähig genug und kann, so zeigen Langzeittests, mit der Zeit Risse bekommen. Das Ergebnis: Die Module erzeugen mit der Zeit immer weniger Strom oder müssen schlimmstenfalls gleich ganz ausgetauscht werden.

Forscher am Center for Sustainable Energy Systems (CSE) im amerikanischen Cambridge, das zum Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg gehört, haben deshalb in Kooperation mit dem Chemiehersteller Dow Corning das – etwa in der Medizintechnik, Elektronik und der Autoherstellung bereits häufig eingesetzte – Silikon als eine Art Anti-Aging-Mittel für Photovoltaik-Anlagen getestet. Es soll als neue Versiegelungsschicht den Solarzellen helfen, Wetterbelastungen besser zu trotzen. Bislang wurde die Technik nur zum Verkapseln von Modulen verwendet, nicht aber zum Laminieren.

Die CSE-Wissenschaftler um den wissenschaftlichen Direktor Christian Hoepfner übergossen im Versuch die Solarzellen in einem einfachen Verfahren mit flüssigem Silikon. Nach dem Aushärten bauten sie die Zellen zu Modulen zusammen und prüften in einer Klimakammer bei niedrigen Temperaturen und – als Simulation für Wind – mechanischen Belastungen deren Leistungsfähigkeit.

Bei den Tests bildeten sich bei der neuen Beschichtung deutlich weniger Mikrorisse, wie mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens aus der Elektro-Lumineszenz nachgewiesen wurde. Die Leistungsfähigkeit der Photovoltaik-Module wurde durch den neuen Überzug dagegen nicht beeinträchtigt, wie Lichtblitztests ergaben.

"Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass Silikonlaminierung für bestimmte Anwendungen besonders geeignet ist, weil das Silikon die zerbrechlichen Bauteile im Inneren gut schützt und außerdem starken Temperaturschwankungen standhält", meint Rafal Mickiewicz, der dem Forschungsvorhaben als Projektmanager vorstand. "Mit der Technik können wir beispielsweise Module mit dünnen Silizium-Solarzellen robuster machen."

Es gehe bei dem Projekt vor allem darum, Solarzellen kostengünstiger zu machen, ergänzt CSE-Direktor Christian Hoepfner. "Die Stromgewinnung aus Sonnenenergie ist immer noch auf Subventionen angewiesen – das ist in den USA nicht anders als in Deutschland." Solange Solarstrom teurer produziert werde als Energie, die aus fossilen Rohstoffen gewonnen wird, sei der Ökostrom auf dem freien Markt letztlich nicht konkurrenzfähig. "Wenn wir wollen, dass sich regenerative Energien langfristig auf dem Weltmarkt durchsetzen, müssen wir dafür sorgen, dass sie billiger werden."

Der Wirkungsgrad, also die Energieausbeute, die aus dem Sonnenlicht geholt wird, sei nicht unendlich zu steigern, sagt Hoepfner. Aus diesem Grund werde es nun wichtig, die Zellen und Module insgesamt billiger, effektiver, widerstandsfähiger und zuverlässiger zu machen. Silikonummantelte Photovoltaik-Module sollten zyklischen Belastungen, beispielsweise durch starken Wind und große Kälte, besser standhalten.

Bei Dow Corning denkt man nun an die Kommerzialisierung des Prozesses, an dem rund zwei Jahre geforscht wurde. Das US-Unternehmen ist selbst größter Hersteller von Silikonen weltweit und hat ein großes Interesse daran, sich neue Märkte zu erschließen. Die Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Forschern habe das Verständnis für die Materialanforderungen, die an Solarmodule gestellt werden, signifikant verbessert, hieß es in einer Stellungnahme, "vor allem was die Haltbarkeit und die Leistung betrifft". (bsc)