Das Fraunhofer ISI hat eine Studie zur Weiterentwicklung und Integration der Nanotechnologie in Solarzellen und Stromspeichern veröffentlicht. Die Autoren der Studie sehen in den Effekten der kleinsten Ausmaße künftig großes Potenzial für weitere Effizienz- und Kapazitätssteigerungen.
Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) hat eine Studie über die Verwendung von Nanomaterialien in der Photovoltaik und bei Speichertechnologien veröffentlicht. In der Studie im Auftrag der International Electrotechnical Commission (IEC) setzen sich die Wissenschaftler des Fraunhofer ISI damit auseinander, welche Bedeutung die Nanotechnologien und die Nanomaterialien künftig für diese Branchen haben. Das kaum überraschende Ergebnis ist, dass die Verwendung von Nanotechnologien in den kommenden Jahren zunehmen wird und sich schon heute lohnt, da sich die Materialeffizienz hierdurch verbessern und Herstellungskosten senken lassen. Solarzellen könnten in Zukunft günstiger produziert, die Kapazitäten der Batteriespeicher erweitert oder die Lebensdauer von Solarzellen oder Batterien erhöht werden. „Geht man davon aus, dass der Anteil fossiler Brennstoffe an der globalen Energieerzeugung im Jahr 2035 nur noch etwa 75 Prozent betragen wird und regenerative Energien viel stärker als bisher zur Energiegewinnung beitragen müssen, gilt es Schlüsseltechnologien wie Solarzellen mit Hilfe der Nanotechnologie weiterzuentwickeln und zusätzlich verbesserte Möglichkeiten zur Energiespeicherung zu schaffen“, kommentiert Björn P. Moller, Projektleiter der Studie am Fraunhofer ISI. „Wird das große Potenzial der Nanotechnologien hierbei genutzt, lassen sich damit außerdem die oft mit dem Ausbau erneuerbarer Energien einhergehenden Energieschwankungen durch externe Faktoren wie das Wetter einschränken. Damit können Nanotechnologien einen wichtigen Beitrag leisten, um die Produktivität und Leistungsfähigkeit von regenerativen Energien und Energiespeichern zu erhöhen und so zu einem wichtigen Standbein für die Energiewende werden.“
Großflächige Anwendung
Im Gegensatz zu vielen anderen Einsatzbereichen, in denen sich die Nanotechnologie bisher nicht durchsetzen konnte, deutet laut Moller vieles auf deren großflächige Anwendung im Solar- und Energiespeicherbereich hin. Schließlich spielen schon heute die Nanotechnologien in der Photovoltaik eine große Rolle. Gerade die organischen Solarfolien basieren mit ihren hauchdünnen Absorberschichten erheblich auf Nanotechnologien. Die Effekte der kleinsten Abmessungen haben aber auch in der Siliziumphotovoltaik eine immer größere Bedeutung. Mit der Integration der Nanotechnologie in Solarzellen verfolgen die Entwickler und Hersteller verschiedene Ziele. Zum einen soll das einfallende Sonnenlicht effektiver und mit einer größeren Bandbreite der Wellenlängen genutzt werden. Ein zweites Ziel ist es, den Ladungstransport aus der Basis zu den Elektroden effektiver zu gestalten, um die Rekombinationsverluste zu minimieren. Ein drittes Ziel ist, den Materialbedarf bei der Herstellung deutlich zu senken. Das hat Auswirkungen auf die Herstellungskosten, die durch den Einsatz von Nanotechnologie erheblich verringert werden können.
Batterieleistung erhöhen
Aber auch bei der Entwicklung von langlebigen Batteriespeichern mit höherer Kapazität setzen die Entwickler zunehmend auf Nanotechnologien. Die Autoren der Studie gehen davon aus, dass das in den nächsten Jahren gelingen wird. Dies sei gerade wegen der stetig steigenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen wichtig, deren Erfolg nicht zuletzt an die Batterieleistung und die hieraus resultierende Reichweite geknüpft ist, meinen die Autoren der Studie.
Roadmap für die Weiterentwicklung
Aus ihren Erkenntnissen entwickeln die Wissenschaftler des Fraunhofer ISI noch zwei umfassende Roadmaps für die Weiterentwicklung und Integration der Nanotechnologie in der Photovoltaik und für die Speichertechnologien. Diese beiden Roadmaps liefern einen Gesamtüberblick zur Entwicklung der Nanotechnologie im Solarenergie- und Energiespeichersektor bis zum Jahr 2030. Die Autoren identifizieren dabei sieben Technologieprofile. Die Bereiche Organische und gedruckte Elektronik, Nanobeschichtungen, Nanokomposite, Nanoflüssigkeiten, Nanokatalysatoren, Nanokohlenstoffe sowie Nanoelektroden werden die Grundlage für die künftige Weiterentwicklung der Nanotechnologie in der Photovoltaik sein. (Sven Ullrich)
