Entwicklung der Photovoltaik mit ganz neuen Materialien - IEA-PVPS Task 13 "Designing New Materials for Photovoltaics".
Motivation, Vorteile und Herausforderungen für die Entwicklung neuer photovoltaischer Materialien.
Das Hauptziel des IEA-PVPS Task 13 Berichts über "Designing New Materials for Photovoltaics: Opportunities for Lowering Cost and Increasing Performance through Advanced Material Innovations" (Möglichkeiten zur Kostensenkung und Leistungssteigerung durch fortschrittliche Materialinnovationen) ist es, einen globalen Überblick über die technischen Bemühungen zu geben, die darauf abzielen, die Kosten zu senken und die Leistung und Zuverlässigkeit von PV-Modulen durch den Einsatz neuer Designs, Materialien und Konzepte zu erhöhen. Darüber hinaus zielt der Bericht darauf ab, (1) den Informationsaustausch über vielversprechende Materialien und Konstruktionskonzepte zu fördern, (2) die Mittel zur Wertsteigerung von PV-Modulen bereitzustellen, (3) Empfehlungen zu Charakterisierungsmethoden für neue Technologien zu geben und (4) Anregungen für neue Anforderungen an die Normung zu liefern. Der Schwerpunkt dieses Papiers liegt auf der Beschreibung der Motivation, des Nutzens und der Herausforderungen für die Entwicklung neuer photovoltaischer Materialien und Module.
Es gibt mehrere Gründe für die Erforschung neuer Materialien für PV-Module. Die Verringerung oder der Ersatz teurer Materialien ist wichtig für die Gesamtwirtschaftlichkeit der Modulproduktion. So führt beispielsweise die Verringerung der Verwendung von Silber oder dessen Ersatz durch Kupfer oder Aluminium zu einer erheblichen Kostensenkung für die Hersteller.
Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung von dünnerem Glas für die Deckschichten oder die Umstellung von teurerem PVF auf preiswerteres PVDF-Material für die Rückseitenschichten. Die Beschleunigung des Herstellungsprozesses ist eine weitere Möglichkeit zur Senkung der Produktionskosten. Die Laminierung ist in der Regel der langsamste Schritt in einer Modulproduktionslinie, und die Hersteller sind sehr an Materialien interessiert, die diesen Prozessschritt beschleunigen können. Schnell oder ultraschnell aushärtende EVA-Vergussmassen haben beispielsweise die für die Vernetzung benötigte Zeit von 25 Minuten auf heute 10 Minuten reduziert. Die Umstellung auf thermoplastische Vergussmassen, die nicht vernetzen, könnte diese Zeiten noch weiter verkürzen. Eine offensichtliche Motivation für Materialinnovationen ist die Steigerung der Leistung. Dies kann durch die Erhöhung der Anzahl der Busbars, die Vergrößerung der aktiven Fläche durch Shingling, die Erhöhung der Lichtabsorption durch Antireflexionsbeschichtungen oder die Erhöhung der internen Reflexion durch hochreflektierende Rückseiten oder weiße Schablonen zwischen den Zellen erreicht werden. Der Trend zu größeren Wafern führt ebenfalls zu Leistungssteigerungen. Ein weiterer starker Motivationsfaktor ist die Verbesserung der Nachhaltigkeit von Modulen. Die Lebenszyklusanalyse (LCA) ist eine Methode zur Quantifizierung der Umweltauswirkungen eines Produkts. Einige Hersteller bemühen sich um die Anerkennung ökologisch verantwortungsvoller Materialentscheidungen, indem sie verschiedene Kennzeichnungsnormen zur Identifizierung guter Nachhaltigkeitspraktiken verwenden.
Der Prozess der Materialinnovation für die Photovoltaik wird durch die komplexen Wechselwirkungen innerhalb eines PV-Moduls zusätzlich erschwert. Der Vorteil eines Materials kann durch seine Wechselwirkung mit einer anderen Komponente zunichte gemacht werden. EVA ist beispielsweise kostengünstig und hocheffektiv für die Verkapselung; es zersetzt sich jedoch zu Essigsäure, die zu Korrosion der Metallisierung führen kann, wenn sie aufgrund der Verwendung einer undurchlässigen Rückseitenfolie nicht aus dem Modulgehäuse entweichen kann.
Neue Materialien müssen innerhalb des gesamten Modulpakets und in Abstimmung mit den anderen vorhandenen Materialien funktionieren. Verbraucher und Hersteller verlassen sich auf internationale Normen, wie z. B. die des Technischen Komitees "Solar Photovoltaic Energy Systems" TC 82, um sicherzustellen, dass neue Materialien nicht zu unerwarteten Leistungs- oder Zuverlässigkeitsproblemen führen. Allerdings müssen die Prüfverfahren und auch die Normen häufig angepasst werden, um neuen Modulkonstruktionen oder neuen Degradationsarten Rechnung zu tragen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Modulhersteller in der Regel ihre Stückliste nicht bekannt geben und die Stückliste für ein bestimmtes Modulmodell je nach Herstellungsdatum und -ort variieren kann.
