Innovative Ansätze in der Photovoltaik für die zukünftige erneuerbare Energieversorgung. C. J. Brabec

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1 Innovative Ansätze in der Photovoltaik für die zukünftige erneuerbare Energieversorgung C. J. Brabec

2 Photovoltaik in Erlangen Materialien: Gedruckte Halbleiter Technologie: Photovoltaik Prozess: Solarfabrik der Zukunft

3 Der Charme der Solarenergie

4 Erneuerbaren Energien

5 Warum Solarenergie? Wind 14 TW Tide/Ocean Currents 0.7 TW Geothermal 1.9 TW Solar 1 x 10 5 TW at Earth surface 10,000 TW (technical value) Energy gap ~ 14 TW by 2050 ~ 33 TW by 2100 Biomass 5 7 TW It s about TWs Hydroelectric 1.2 TW technically feasible 0.6 TW installed capacity Source: Arthur Nozik

6 Wie können die Solarenergien beitragen? Solar Electric Solar Fuels Solar Thermal h + e - CO 2 sugar H 2 O NC O N N N CH 3 H 2 O O 2 O 2 CO 2 N N H H H H 2, CH 4 CH 3 OH C space, water heating p-n junction solar cell natural photosynthesis artificial photosynthesis C heat engines electricity generation process heat Courtesy A. Nozik

7 Wieviel Photovoltaik brauchen wir? Arbeitskreis Energie Tübingen (1982) Desertec (2009) 1: 40 % des deutschen Energieverbrauchs 2: 50 % des europäischen Energieverbrauchs 3: 50 % des Weltenergieverbrauchs 4: 50 % des Weltenergieverbrauchs 2050

8 Die Erwartungshaltung ist groß! Quelle: V. Quaschnig, Bad Stqaffelstein 2011

9 Warum ist der Umstieg auf Erneuerbare Energien so schwer? Es gibt unterschiedliche Interessen & Erwartungen Ressourcen müssen beachtet werden PV Technologien liefern Spitzenstrom, keinen Grundlaststrom Die Kosten sind noch zu hoch! Quelle: V. Quaschnig, Bad Stqaffelstein 2011

10 Ausbauszenarien sind nicht klar! Quelle: V. Quaschnig, Bad Stqaffelstein 2011

11 Beachtung der Rohmaterialien Quelle: M. Faulstich,

12 Photovoltaik liefert Spitzenstrom

13 Die Kosten müssen weiter sinken! 2011 / 2012 Grid Parity in Deutschland Source: RWE Group, BSW 6

14 Gedruckte Solarzellen eine Option zur radikalen Kostensenkung in der PV

15 Wie kann das Drucken PV billiger machen? A low cost PV technology MUSS auf einem skalierbaren Massenprozess beruhen MUSS geringe Investkosten für eine Produktion haben MUSS auf Rohmaterialien basieren, die im Überfluß vorhanden sind.

16 Wie kann das Drucken PV billiger machen? IC s [nm] [µm] MEM 5 resolution (Integration) PCB Traditional visual printing AND Future functional printing productivity [m 2 /h] Source: Kinnban, Handbookof Printmedia & A. Huebler, Print u Medientechnik, Univ. Chemnitz

17 Dye sensitization cells (DSSC) Grätzel Zelle Effizienz: 11 % Aktive Materialien: Metal Oxide Farbstoffe Elektrolyte

18 Gedruckte anorganische Solarzellen Science 2002 Nature, 2005 Effizienz: 10 % Active Materials: Nanopartikel & Quantum Dots: Metal Oxide, Chalkopyrite, Kesterite

19 Organische Solarzellen Science, 1995 Effizienz: 9 % Aktive Materialien: n-type: Fullerene, Kohlenstoff Allotrope p-type: Polymere, Farbstoffe, Moleküle Adv Funct Mat, 2001 Appl Phys Lett, 2001

20 Wie weit sind diese Technologien noch entfernt?

21 OPV von der Forschung zur Produktion in 10 Jahren Commercialization of OPV happened within 10 years 2008 Produktion (Konarka) 2007 Pilot (Konarka) 2004 Labor (Siemens) 2006 Labor (Konarka) 1998 Labor (Univ. Linz & QSEL)

22 Portable charging Neuber s Bubble Bags Recharge-Our-World, Nomad Outdoor Charger

23 Solarfabrik der Zukunft Solarfabrik der Zukunft : Material und Prozessentwicklung Druckbare PV Specs: slot width: 100 mm (250 mm) gap width: 300 µm speed: 0 10 m/min temperature: RT 120 C substrate wet film working width hee l wetting meniscus supply slot 9 μm

24 Solarfabrik der Zukunft Solarfabrik der Zukunft : Pilotierung von kostengünstigen PV Technologien Sheet to sheet Roll to roll Inline 9 μm Kroenert GmbH & Co KG Mathis AG

25 OPV Roadmap der OEA Gebäudeintegration und Netzkopplung in 5 10 Jahren

26 ZUSAMMENFASSUNG PV muss grundlastfähig werden Ausbau der Speicherkonzepte Intelligente Netze und Verbrauch vor Ort Reduktion der Kosten durch den Einsatz von Drucktechnologien Solarfabrik der Zukunft

27 Grundlastfähiger PV Strom eine Vision für die nicht allzu weit entfernte Zukunft! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!