Solarzellen sind in den vergangenen Jahren sehr populär geworden. Im Sommer 2022 erreichte Solarkraft in der EU einen Anteil von 12 Prozent an der gesamten Stromproduktion. In der Schweiz liegt der Anteil laut Swissolar, einer Branchenorganisation für die Förderung der Solarenergie, bei rund 7 Prozent.
Mit der Verbreitung wird auch die Produktion immer günstiger. Laut den Analysten und Analystinnen von Morgan Stanley bildet der verfügbare Platz für Solaranlagen die Grenzen des Wachstums. Abhilfe schaffen könnten Solarzellen, die durchsichtig oder bei denen die Farben der Umgebung angepasst sind und die praktisch überall an Gebäuden und Infrastruktur angebracht werden könnten.
«Ein wachsender Markt ist die gebäudeintegrierte Photovoltaik, für ästhetisch ansprechendere Lösungen», sagt Christophe Ballif, Leiter der Sustainable-Energy-Aktivitäten am Innovationszentrum CSEM in Neuenburg und Professor an der EPFL. «Bahnbrechende Technologien ermöglichen zum Beispiel bemerkenswerte Farbvariationen von kristallinen Modulen, sogar weissen Modulen.» Der Wirkungsgrad sei zwar geringer, aber das Potenzial für Fassaden und beispielsweise Terrakottafächer ist enorm. Halb transparente PV-Anlagen werden häufig durch die Anordnung von Siliziumsolarzellen hergestellt.
Die Herstellung grosser Mengen von Solarmodulen erfolgt mit Solarzellen aus Glas und kristallinem Silizium. «Hier besteht die Herausforderung darin, den Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit der Produkte weiter zu verbessern», sagt Ballif weiter. «Es gibt nur ein kleines Marktpotenzial für flexible PV. Es gibt jedoch viele wachsende Nischenmärkte, beispielsweise für Boote, Lastwagen und Drohnen, für die leichtere Versionen entwickelt werden.»
Maximal 30 Grad in Sicht
Der Wirkungsgrad von Siliziummodulen verbessert sich laut Ballif dank technologischen Verbesserungen weiterhin jedes Jahr um etwa 0,4 Prozent. Die heutigen Standardmodule haben einen Wirkungsgrad von 20 bis 21 Prozent. «Bis 2030 werden wir diesen auf 23 bis 24 Prozent steigern», so Ballif. «Aber dann stossen wir an die physikalische Grenze des Siliziums.» Die theoretische Grenze für Siliziumzellen liegt bei 29,5 Prozent, in der Praxis erreichen die Rekordzellen etwa 26 Prozent, und dann verliert man etwa 10 Prozent, wenn man sie zu einem Modul zusammensetzt.
Ein vielversprechender und sehr aktiver Forschungsbereich ist die Kombination von zwei Materialien, zum Beispiel die neuen «Perowskit-Solarzellen» in Verbindung mit Siliziumsolarzellen. «Meine Teams am CSEM und an der EPFL haben vergangenen Sommer zum ersten Mal ein Gerät mit einem Wirkungsgrad von über 30 Prozent vorgestellt», so Ballif. «Es bleibt jedoch noch viel zu tun, um ein vollwertiges ‹bankfähiges Produkt› zu entwickeln, insbesondere im Hinblick auf die Zuverlässigkeit.» Volltransparente PV-Anlagen auf Dünnschichtbasis werden meist für kleine Märkte verwendet, beispielsweise für transparente Zifferblätter.
Und auch bei der Photovoltaik spielt die Kreislaufwirtschaft eine immer wichtigere Rolle. Die PV-Produkte haben Lebensdauern von 25 bis 40 Jahren. «In der Schweiz gibt es bereits Sammelstellen, und ein Teil des Materials kann in ersten Prototyprecyclinganlagen zurückgewonnen werden», sagt Ballif. «Die Mengen sind noch klein, aber sie werden in den nächsten zehn Jahren zunehmen. Ein PV-Modul ist auf jeden Fall kein kritischer Abfall.»