Photovoltaik
Stromerzeugung aus Sonnenlicht
Photovoltaik ist eines der wirksamsten Instrumente der Menschheit, um den Klimawandel durch kostengünstige, nachhaltige und fossilfreie Stromerzeugung zu mindern. Unsere Forschung am HZB deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab: von neuartigen Materialien, leistungsfähigen Bauelementen und Herstellungsprozessen bis hin zur Beratung für gebäudeintegrierte Photovoltaik. Eine Schlüsseltechnologie bilden Tandemsolarzellen. Indem mehrere Licht absorbierende Schichten gestapelt werden, überschreiten sie die Effizienzgrenzen herkömmlicher Silizium-Solarzellen (aktuell 29,4%). Mit unseren Rekordmaterialien spielen wir eine führende Rolle hin zu sauberem Strom.
Leistungsstarke Dünnschicht-Materialien
Für die Perfektionierung von Solarzellen entwickeln und untersuchen wir kontinuierlich neuartige Materialien. Am HZB nutzen wir modernste Infrastrukturen vom Labor bis zur Röntgenquelle BESSY II, um die gewünschten Eigenschaften gezielt zu entfalten. Dazu gehören den verlustfreien Energietransfer vom Sonnenlicht auf die angeregten Elektronen, die elektrische Leitfähigkeit in Kombination mit optischer Transparenz, der effiziente Elektronenaustausch, die nachhaltige Herstellung, sowie neue Eigenschaften wie Flexibilität und Selbstheilung. Derzeit konzentrieren wir unsere Forschung auf Materialien wie Metallhalogenid-Perowskite, ternäre Nitride, Chalkogenide, Chalkohalide, Silizium und Phosphonsäuren. Deren vielversprechende Eigenschaften ebnen den Weg für kostengünstige Solarenergielösungen.
Vom Material zur Solarzelle
Wir kombinieren gezielt ausgewählte Materialien zu Solarzellen mit Flächen zwischen 0,16 cm² und 18,2 × 18,2 cm². Da moderne elektronische Bauelemente als Schnittstellen dienen, testen und analysieren wir anschließend jede Solarzelle im Detail. Ziel ist es, den Wirkungsgrad zu erhöhen, die Langzeitstabilität zu verbessern, die Skalierbarkeit zu erleichtern und die Einsatzfähigkeit zu steigern. Im Wettlauf um immer höhere Wirkungsgrade hat unser Silizium-Perowskit-Tandemkonzept mit Wirkungsgraden von über 30 % die theoretischen Grenzen herkömmlicher Technologien deutlich überschritten und bereits mehrere Weltrekorde aufgestellt.
Verständnis von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
Unsere Forschungsteams untersuchen, wie Materialstrukturen die Leistung von Solarzellen beeinflussen. Mit nanoskaligen Sonden aus Elektronen- und Kernspins analysieren sie Defekte, die den Wirkungsgrad von Solarzellen begrenzen und optimieren die Materialien. Sie nutzen zudem Neutronen- und Röntgenbeugung, um atomare Strukturen zu untersuchen und Erkenntnisse über Stabilität und Funktionalität zu gewinnen.
Leistungsfähigkeit im Realbetrieb
Unsere Forschung entfaltet ihre gesellschaftliche Wirkung, wenn sie Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit demonstriert. Das Outdoor Performance Lab bietet eine umfassende Testumgebung für Module von kleinen Solarzellen bis hin zu industriellen Großmodulen. Seit 2021 betreiben wir eine der weltweit längsten Messreihen zu Halogenid-Perowskit-Solarzellen. Zudem verfügen wir über ein Reallabor für gebäudeintegrierte Photovoltaik mit einer 380 m² großen, integrierten PV-Fassade.
Angewandte Forschung mit Industriepartnerschaften
In den letzten Jahren hat unsere Forschung das Interesse der Industrie an neuen Konzepten stark erhöht. Wir arbeiten mit führenden Forschenden und Unternehmen aus der ganzen Welt zusammen. Gemeinsam treiben wir Innovationen voran. Unsere Kooperationspartner decken die gesamte Wertschöpfungskette ab - vom Material- bis zum Anlagenhersteller. Dafür haben wir gemeinsame Forschungsräume geschaffen, wo Industrie und Wissenschaft ihre Kräfte bündeln und Zukunftstechnologien entwickeln und perfektionieren.
Gemeinsam die Solarenergie vorantreiben: Kollaborative Forschungsprojekte
Kooperation ist der Kern unserer Arbeit. Wir übernehmen Führungsrollen in internationalen Projekten und sind in der deutschen, europäischen und globalen Forschungslandschaft exzellent vernetzt. In interdisziplinärer Teamarbeit mit Spitzenforschenden, Institutionen und Industriepartnern weltweit treiben wir Innovationen voran und beschleunigen Entwicklungen in der Solartechnologie.
Unser Wissen der Gesellschaft zur Verfügung stellen
Die Oberflächen von Gebäuden bieten großes, bisher ungenutztes Potenzial, das durch die Installation von Photovoltaik für die dezentrale Energieerzeugung genutzt werden kann. Unsere Beratungsstelle BAIP überbrückt die Lücke zwischen Bauwesen und Photovoltaik und bietet fachkundige Beratung zu Technologien, Design, Machbarkeit und rechtlichen Aspekten. Wir unterstützen für Architekturschaffende, Bauverantwortliche, Investierende und Stadtentwickelnde mit produktneutraler, maßgeschneiderter Beratung zu gebäudeintegrierter Photovoltaik. Mit unserem erfahrenen Team helfen wir, die Gebäudeflächen für nachhaltige Energielösungen in neuen und bestehenden Bauwerken zu aktivieren.
Gebäudeflächen bieten ein großes, bisher ungenutztes Potenzial, für die Installation von Photovoltaikanlagen zur dezentralen Energieerzeugung. Die Beratungsstelle BAIP am HZB schlägt die Brücke zwischen Bauwesen und Photovoltaik. Unsere Experten beraten Architekt*innen, Bauunternehmen, Investoren und Stadtentwickler*innen zu Technologien, Design, Machbarkeit und rechtlichen Aspekten der gebäudeintegrierten Photovoltaik. Sie bieten maßgeschneiderte, produktneutrale Lösungen, um Gebäudeflächen im Neubau und Bestand für nachhaltige Energielösungen zu aktivieren.
Beratungsstelle für bauwerkintegrierte Photovoltaik
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Bereichssprecher Solare Energie
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Perowskit-Tandem-Solarzellen
Video: "Teilchenbeschleuniger entschlüsseln kosmisches Wissen - könnten sie auch saubere, preiswerte Energie entschlüsseln?" Prof. Marcus Bär
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