Photovoltaikzellen haben drei Generationen technologischer Entwicklung durchlaufen:
Erste Generation: Kristallines Siliziumtechnologie
Dies basiert auf Silizium als Kernmaterial und beinhaltet Technologien wie BSF, PERC, TOPCon, HJT und IBC.
Zweite Generation: Dünnschichttechnologie
Dünnschichtzellen, deren Materialien beispielsweise Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS), Cadmiumtellurid (CdTe) und Galliumarsenid (GaAs) sind, konnten sich aufgrund geringerer Effizienz und hoher Kosten (über 2 Milliarden US-Dollar pro GW Investitionsleistung) bisher nicht gegen kristallines Silizium durchsetzen. Ihr Marktanteil liegt derzeit unter 5 %.
Dritte Generation: Perowskit- und organische Solarzellen
Diese Generation von Solarzellen, die von Perowskit-Solarzellen dominiert wird, hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung durchlaufen. Sie gilt als vielversprechende Technologie, die kristalline Siliziumzellen als nächsten Durchbruch in der Photovoltaik übertreffen könnte.
Fortschritte bei der Umwandlungseffizienz von Photovoltaikzellen
Im Vergleich zu kristallinem Silizium bieten Perowskit-Solarzellen eine höhere theoretische Effizienz und niedrigere Produktionskosten. Einzelzellen und Tandem-Perowskit-Solarzellen erreichen theoretische Wirkungsgrade von 33 % bzw. 45 % und übertreffen damit die Leistungsfähigkeit von kristallinem Silizium. Wirtschaftlich betrachtet werden die langfristigen Kosten von Einzelzellen-Perowskit-Modulen auf 0,5–0,6 RMB/W geschätzt, was deutlich unter den Kosten von kristallinem Silizium liegt und Perowskit zu einem zentralen Bestandteil der zukünftigen Photovoltaik-Entwicklung macht.
Obwohl sich Perowskit-Solarzellen noch in einem frühen Stadium der Industrialisierung befinden, investieren sowohl Unternehmen, die kristallines als auch amorphes Silizium herstellen, aktiv in diesen Sektor. Verschiedene Kapitalquellen sind ebenfalls in den Markt eingetreten, was das breite Interesse weiter anheizt und die Kommerzialisierung beschleunigt.
Herausforderungen und Weg zur Kommerzialisierung
Perowskit-Solarzellen stehen vor Herausforderungen hinsichtlich Stabilität und Herstellungsverfahren, die für eine großtechnische Produktion gelöst werden müssen. Aktuelle Pilotanlagen befinden sich noch in der Testphase. Zu den Hauptproblemen zählen die Verbesserung der Stabilität und des Wirkungsgrades durch optimierte Materialien und Prozesse. Wichtige Innovationen wie feuchtigkeits- und gasbeständige Materialien, Additive zur Stabilitätssteigerung, Passivierungsschichten und fortschrittliche Anlagen sind unerlässlich, um diese Hürden zu überwinden. Durchbrüche in diesen Bereichen werden die industrielle Akzeptanz fördern, wobei dezentrale Photovoltaikanlagen und Produkte für Endverbraucher voraussichtlich die ersten Anwendungsszenarien darstellen werden.
Tandemzellen: Ein Schlüssel zur Effizienzsteigerung
Im Vergleich zu Einzelzellen bieten Tandemzellen eine höhere Effizienz. Silizium-Perowskit-Vierpol-Tandemzellen schreiten aufgrund ihrer einfacheren Struktur und der Effizienzsteigerung kristalliner Siliziumzellen schneller in Richtung Kommerzialisierung voran. Zweipol-Tandemzellen sind zwar komplexer, vereinfachen aber die Zellstruktur und eignen sich besser für die Kombination mit der HJT-Technologie. Vollperowskit-Tandemzellen stellen die optimale Lösung dar und bieten eine noch höhere Effizienz bei gleichzeitig niedrigeren Kosten.
Wettbewerb und Zusammenarbeit
Pioniere auf dem Gebiet des amorphen Siliziums, wie GCL Optoelectronics, Xinnano und Microquanta, haben die Entwicklung von Perowskit-Solarzellen maßgeblich vorangetrieben und streben mit dieser neuen Technologie den Einstieg in die Photovoltaikbranche an. Traditionelle Hersteller von kristallinem Silizium sind hingegen etwas später in den Wettbewerb eingestiegen und konzentrieren sich auf Tandemtechnologien zur Effizienzsteigerung bestehender kristalliner Siliziumzellen.
Unternehmen, die amorphes Silizium herstellen, stehen unter finanziellem Druck und könnten die Entwicklung von Vierpol-Tandemzellen beschleunigen, um schnellere Renditen zu erzielen. Umgekehrt werden Unternehmen, die kristallines Silizium herstellen, voraussichtlich innovative Perowskit-Firmen übernehmen, um deren Fortschritte zu integrieren, was zu einer Konsolidierung der Branche führen dürfte.
Trotz ihres Wettbewerbs verfolgen Unternehmen, die kristallines und amorphes Silizium herstellen, ein gemeinsames Ziel: die Industrialisierung der Perowskit-Technologie voranzutreiben. Kooperative Projekte werden voraussichtlich in naher Zukunft dominieren, da beide Seiten daran arbeiten, das volle Potenzial von Perowskit-Anwendungen im Photovoltaiksektor auszuschöpfen.
