Nachhaltig, effizient, klimafreundlich und unabhängig von Rohstoffimporten aus anderen Ländern – so muss elektrische Energie heute und in Zukunft bereitgestellt werden. Nur ein rascher Ausbau der erneuerbaren Energien macht dies möglich. Von enormer Bedeutung für die gesamte Gesellschaft ist dabei, dass der Strom, den jede*r einzelne von uns täglich braucht, verfügbar und bezahlbar ist. Die Photovoltaik-Technologie, also die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie, ist nachweislich eine der wichtigsten Stützen. Speziell um die weltweit so drastisch steigende Nachfrage nach sauberer Energie zu sättigen, ist neben einem zügigen Ausbau von Produktionskapazitäten auch der technologische Fortschritt unbedingt notwendig. Das Herzstück der Photovoltaik-Technologie sind die sogenannten Solarmodule. Wie effizient diese sind, hängt maßgeblich von der Architektur des verkapselten „Motors“ des Moduls, der sogenannten Solarzellen ab. Diese basieren in der heutigen Anwendung auf einer dünnen Halbleiterscheibe, die aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften aufgebaut ist. Durch eine gezielte Herstellung und Verbindung dieser Schichten können Photonen (Energie aus Sonnenlicht) in freie Ladungsträger umgewandelt und aus der Solarzelle heraustransportiert werden – das Resultat ist dabei nutzbarer, elektrischer Strom. Die derzeitigen führenden Konzepte für industriell hergestellte Solarzellen stoßen in Bezug auf deren Umwandlungseffizienz, von Sonnenenergie in elektrische Energie, aktuell immer mehr an ihre physikalischen Grenzen. Langfristig werden neue, wesentlich komplexere Konzepte benötigt, um diese Grenzen zu überwinden. Kurzfristig muss es das Ziel sein, das Beste aus den bestehenden Konzepten herauszuholen. Dazu sind einfache und robuste Verfahren erforderlich, die in bestehende Zellproduktionslinien als Upgrade eingebaut werden können.
Die „Laser Enhanced Contact Optimization“ oder kurz der LECO Prozess ist ein prämierter und inzwischen industriell angewendeter Prozess, der als Add-In Technologie für die derzeit führenden Zellarchitekturen verwendet werden kann. Der Prozess, wie es der Name erahnen lässt, verbessert die Kontakte der Zellen, was dazu führt, dass bereits generierte Ladungsträger verlustärmer abtransportiert werden können. Das Resultat der Integration des LECO Verfahrens in eine Solarzell-Produktionslinie ist ein Energiegewinn von bis zu 3 %. Laut Dr. Sandra Hagel, Präsidentin des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt, in ihrer Laudatio zum Hugo-Junkers-Preis 2023 über LECO, werden „allein in Sachsen-Anhalt pro Jahr etwa 3000 Gigawattstunden Strom aus Photovoltaik-Anlagen gewonnen. Würde man diese Menge um 3 % erhöhen, könnte man weitere 10.000 Haushalte mit Solarstrom versorgen.“ Grund für den beschriebenen Energiegewinn ist nach heutiger Kenntnis eine durch LECO ermöglichte deutlich höhere Effizienz von Solarzellen, sowie gleichermaßen eine signifikante Verringerung von Produktions-Ausschuss.
Kernfragen:
1. Welche Potentiale bietet LECO für die industrielle Herstellung von Solarzellen?
2. Wie verändert LECO die Mikrostruktur des Kontaktes einer Solarzelle?
3. Welche Voraussetzungen müssen für einen technologisch-ökonomischen Prozess erfüllt sein?