Flexible Solarzellen eignen sich zur Montage auf Fahrzeugen, tragbarer Elektronik oder auf Industriegebäuden, die kein hohes Gewicht tragen können. Foto: Empa
Flexible Solarzellen eignen sich zur Montage auf Fahrzeugen, tragbarer Elektronik oder auf Industriegebäuden, die kein hohes Gewicht tragen können. Foto: Empa
Les cellules solaires flexibles sont adaptées au montage sur des véhicules, sur des appareils électroniques portables ou encore sur des bâtiments industriels qui ne peuvent pas supporter un poids élevé. Photo: zVg/Empa
Le celle solari flessibili sono perfette per essere montate su veicoli, elettronica portatile e edifici industriali che non possono reggere pesi importanti. Foto: messa a disposizione/Empa
Flexible Solarzellen gewinnen an Bedeutung
Flexible Solarzellen gewinnen an Bedeutung
Les cellules solaires flexibles gagnent en importance
Celle solari flessibili sempre più efficienti
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Zum siebten Mal in Folge haben Forscher der Empa ihren eigenen Rekord gebrochen: Flexible Solarzellen sind so effizient wie nie zuvor. Sie ermöglichen es, unabhängiger von China zu werden.
Zum siebten Mal in Folge haben Forscher der Empa ihren eigenen Rekord gebrochen: Flexible Solarzellen sind so effizient wie nie zuvor. Sie ermöglichen es, unabhängiger von China zu werden.
Pour la 7e fois consécutive, des chercheurs de l’Empa ont battu leur propre record, rendant les cellules solaires flexibles plus efficaces que jamais et permettant d’être moins dépendant de la Chine.
Per la settima volta di fila, i ricercatori dell’Empa hanno infranto il loro stesso record. Le celle solari flessibili sono più efficienti che mai. Ma non è solo per questo che sono vitali per la svolta energetica.
Zugegeben: 0,8 Prozent Verbesserung klingt nicht nach viel. In der Solartechnologie ist ein Effizienzgewinn von fast einem Prozent jedoch ein bemerkenswerter Sprung. Schon kleinste Verbesserungen der Energieausbeute bedeuten nämlich mehr Geld für die Stromproduktion und damit eine schnellere Amortisation von Investitionen.
Einen solchen Effizienzsprung hat nun das Forschungsinstitut Empa in Dübendorf geschafft: Die Wissenschaftler Romain Carron und Shiro Nishiwaki haben für flexible Solarzellen einen Wirkungsgrad von 22,2 Prozent geschafft. Weltrekord.
Vielseitiger Einsatz
Die zwei Forscher sind indessen geübte Weltrekordhalter: Zum siebten Mal in Folge haben sie ihren eigenen Rekord pulverisiert. Mit dem nun erreichten Wirkungsgrad rücken flexible Solarzellen näher an die klassischen Silizium-Zellen heran: Diese wandeln Licht mit einer Effizienz von 26,7 Prozent in Strom um.
Flexible Solarzellen gewinnen somit an Bedeutung für den Alltag: Sie bieten sich für alle Flächen an, die nicht gerade sind, sowie dort, wo Gewicht gespart werden muss. So eignen sie sich zum Beispiel zur Montage auf Fahrzeugen, Luftschiffen, tragbarer Elektronik oder auf Gewächshäusern, die das Gewicht klassischer Solarmodule nicht tragen können.
Dünner als ein Haar
Ihre Leichtigkeit und Flexibilität erhalten sie von den Materialien, die Licht zu Strom machen. Während in den herkömmlichen Solarzellen kristallines Silizium verwendet wird, forschen die Wissenschaftler an sogenannten CIGS-Solarzellen. Die Technologie unterscheidet sich grundlegend von jener der herkömmlichen Solarzellen.
Verwendet werden dabei Kupfer, Indium, Gallium und Selen. «Die Schicht ist dünner als ein menschliches Haar, was die Zellen nicht nur flexibel, sondern auch sehr leicht macht», sagt Carron, Gruppenleiter im Empa-Labor für Dünnschichten und Fotovoltaik.
Hohe Investitionen notwendig
Allerdings befindet sich die CIGS-Technologie noch im Entwicklungsstadium. «Die traditionelle Solartechnologie mit kristallinem Silizium ist 65 Jahre alt», sagt Studienleiter Tiwari, der seit über 20 Jahren an flexiblen Dünnschichtfolien forscht.
Dank Hunderten von Unternehmen und Tausenden von Forschern erreichten klassische Solartechnologien im Alltag Wirkungsgrade fast wie im Labor. So weit sei man bei den flexiblen Solarzellen noch nicht. «Zur Herstellung von flexiblen Solarzellen bedarf es grundlegend neuer Maschinen», sagt Tiwari. Dies bedeute riesige Investitionen.
«CIGS wird Silizium nicht ersetzen», ergänzt der Forscher. Die neue Technologie habe jedoch einen weiteren wichtigen Vorteil. Tiwari: «Die Entwicklung für flexible Solarzellen ist in Europa und nicht in China zu Hause.» Sie biete einen Weg aus der Abhängigkeit. «Wir haben einen guten Vorsprung», schliesst Romain Carron.
Zugegeben: 0,8 Prozent Verbesserung klingt nicht nach viel. In der Solartechnologie ist ein Effizienzgewinn von fast einem Prozent jedoch ein bemerkenswerter Sprung. Schon kleinste Verbesserungen der Energieausbeute bedeuten nämlich mehr Geld für die Stromproduktion und damit eine schnellere Amortisation von Investitionen.
Einen solchen Effizienzsprung hat nun das Forschungsinstitut Empa in Dübendorf geschafft: Die Wissenschaftler Romain Carron und Shiro Nishiwaki haben für flexible Solarzellen einen Wirkungsgrad von 22,2 Prozent geschafft. Weltrekord.
Vielseitiger Einsatz
Die zwei Forscher sind indessen geübte Weltrekordhalter: Zum siebten Mal in Folge haben sie ihren eigenen Rekord pulverisiert. Mit dem nun erreichten Wirkungsgrad rücken flexible Solarzellen näher an die klassischen Silizium-Zellen heran: Diese wandeln Licht mit einer Effizienz von 26,7 Prozent in Strom um.
Flexible Solarzellen gewinnen somit an Bedeutung für den Alltag: Sie bieten sich für alle Flächen an, die nicht gerade sind, sowie dort, wo Gewicht gespart werden muss. So eignen sie sich zum Beispiel zur Montage auf Fahrzeugen, Luftschiffen, tragbarer Elektronik oder auf Gewächshäusern, die das Gewicht klassischer Solarmodule nicht tragen können.
Dünner als ein Haar
Ihre Leichtigkeit und Flexibilität erhalten sie von den Materialien, die Licht zu Strom machen. Während in den herkömmlichen Solarzellen kristallines Silizium verwendet wird, forschen die Wissenschaftler an sogenannten CIGS-Solarzellen. Die Technologie unterscheidet sich grundlegend von jener der herkömmlichen Solarzellen.
Verwendet werden dabei Kupfer, Indium, Gallium und Selen. «Die Schicht ist dünner als ein menschliches Haar, was die Zellen nicht nur flexibel, sondern auch sehr leicht macht», sagt Carron, Gruppenleiter im Empa-Labor für Dünnschichten und Fotovoltaik.
Hohe Investitionen notwendig
Allerdings befindet sich die CIGS-Technologie noch im Entwicklungsstadium. «Die traditionelle Solartechnologie mit kristallinem Silizium ist 65 Jahre alt», sagt Studienleiter Tiwari, der seit über 20 Jahren an flexiblen Dünnschichtfolien forscht.
Dank Hunderten von Unternehmen und Tausenden von Forschern erreichten klassische Solartechnologien im Alltag Wirkungsgrade fast wie im Labor. So weit sei man bei den flexiblen Solarzellen noch nicht. «Zur Herstellung von flexiblen Solarzellen bedarf es grundlegend neuer Maschinen», sagt Tiwari. Dies bedeute riesige Investitionen.
«CIGS wird Silizium nicht ersetzen», ergänzt der Forscher. Die neue Technologie habe jedoch einen weiteren wichtigen Vorteil. Tiwari: «Die Entwicklung für flexible Solarzellen ist in Europa und nicht in China zu Hause.» Sie biete einen Weg aus der Abhängigkeit. «Wir haben einen guten Vorsprung», schliesst Romain Carron.
Certes, 0,8% d’amélioration, cela ne semble pas énorme. Mais dans le domaine de la technologie solaire, un gain d’efficacité de près de 1% est un bond en avant remarquable. La plus petite amélioration du rendement énergétique signifie en effet plus d’argent lors de la production d’électricité et, par conséquent, un amortissement plus rapide des investissements.
L’institut de recherche Empa, à Dübendorf (ZH), vient de réaliser un tel gain d’efficacité. Les scientifiques Romain Carron et Shiro Nishiwaki sont en effet parvenus à faire en sorte que des cellules solaires flexibles atteignent un rendement de 22,2%. Record du monde!
Une utilisation polyvalente
Les deux chercheurs sont des habitués des records mondiaux, puisqu’ils pulvérisent ainsi leur propre record pour la fois consécutive. Avec ce degré supplémentaire d’efficacité, les cellules solaires flexibles se rapprochent un peu plus des cellules classiques en silicium, puisque ces dernières transforment la lumière en électricité avec une efficience de 26,7%.
Cela va donc permettre aux cellules solaires flexibles de continuer à gagner en importance dans la vie quotidienne, car elles conviennent à toutes les surfaces qui ne sont pas droites et aux endroits où il faut limiter le poids. Elles peuvent, par exemple, être montées sur des véhicules, des dirigeables, des appareils électroniques portables ou sur des serres qui ne peuvent pas supporter le poids des modules solaires classiques.
Plus fin qu’un cheveu
Elles tirent leur légèreté et leur flexibilité des matériaux qui transforment la lumière en électricité. Alors que le silicone cristallin est utilisé dans les cellules solaires classiques, les scientifiques font ici des recherches avec des cellules solaires dites CIGS, dont la technologie est fondamentalement différente de celle des cellules traditionnelles.
Les cellules solaires flexibles utilisent du cuivre, de l’indium, du gallium et du sélénium. «La couche est plus fine qu’un cheveu humain, ce qui rend les cellules non seulement flexibles, mais aussi très légères», explique Romain Carron, chef de groupe au laboratoire des couches minces et du photovoltaïque de l’Empa.
Des investissements importants sont nécessaires
La technologie CIGS n’en est toutefois encore qu’au stade du développement. «La technologie solaire traditionnelle avec du silicone cristallin possède une histoire vieille de 65 ans», explique Ayodhya Tiwari, le responsable de l’étude, qui mène des recherches sur les films souples à couches minces depuis plus de 20 ans.
Grâce aux centaines d’entreprises et aux milliers de chercheurs impliqués, les technologies solaires classiques ont atteint des rendements au quotidien presque identiques à ceux enregistrés dans les laboratoires. On n’en est par contre pas encore là avec les cellules solaires flexibles. «Leur fabrication nécessite des machines fondamentalement nouvelles», souligne Ayodhya Tiwari. Ce qui implique d’énormes investissements.
«Les cellules CIGS ne remplaceront pas le silicone», ajoute le chercheur. En revanche, cette nouvelle technologie présente un autre avantage important, comme le note Ayodhya Tiwari: «Le développement des cellules solaires flexibles se fait en Europe, et non en Chine.» Elles offrent, selon lui, une voie pour sortir de la dépendance. «Nous avons d’ailleurs une bonne longueur d’avance», conclut Romain Carron.
È vero: un miglioramento dello 0,8 per cento non sembra granché. Ma nel settore della tecnologia solare, un guadagno di energia di quasi l’uno per cento è in realtà un passo avanti di tutto rispetto. Anche il più piccolo miglioramento nello sfruttamento dell’energia significa più soldi per la produzione di elettricità e quindi un’ammortizzazione più rapida dell’investimento.
Un simile balzo avanti nell’efficienza è ora riuscito ai ricercatori dell’istituto Empa di Dübendorf: i ricercatori Romain Carron e Shiro Nishiwaki hanno raggiunto un grado di efficienza del 22,2 per cento per le celle solari flessibili. Un record mondiale.
Impiego molteplice
I due ricercatori sono dei veri esperti di record del mondo: per la settima volta consecutiva hanno infranto il loro stesso record. Con il grado di efficienza raggiunto ora, le celle solari flessibili si avvicinano notevolmente alle classiche celle in silicio: queste ultime trasformano la luce in elettricità con un grado di efficienza del 26,7 per cento.
Le celle solari flessibili sono quindi sempre più interessanti anche per la vita di tutti i giorni: sono adatte ad ogni superficie che non sia piana o su cui non si possa caricare troppo peso. Sono quindi perfette per essere installate su veicoli, dirigibili, elettronica portatile o serre che non possono reggere il peso dei classici pannelli solari.
Più sottili di un capello
La loro leggerezza e flessibilità deriva dal materiale che utilizzano per trasformare la luce in elettricità. Mentre i classici pannelli solari sfruttano i cristalli di silicio, le ricerche puntano ora verso le cosiddette celle fotovoltaiche CIGS. Questa tecnologia differisce in modo fondamentale dalle classiche celle solari.
Vengono impiegati rame, indio, gallio e selenio. «Lo strato è più sottile di un capello umano e le celle non sono solo flessibili ma anche molto leggere», spiega Carron, capogruppo del laboratorio Empa per gli strati sottili e il fotovoltaico.
Necessari investimenti elevati
La tecnologia CIGS si trova però ancora in fase di sviluppo. «La tradizionale tecnologia solare con cristalli di silicio ha 65 anni», spiega il direttore dello studio Tiwari, che da oltre vent’anni studia le lamine solari sottili e flessibili.
Grazie a centinaia di imprese e a migliaia di ricercatori, la tecnologia solare classica nella vita di tutti i giorni raggiunge quasi lo stesso grado di efficienza che in laboratorio. Le celle solari flessibili non sono ancora a questo punto. «Per la produzione di celle solari flessibili sono necessari macchinari completamente nuovi», spiega Tiwari. Ciò significa un investimento enorme.
«Il CIGS non sostituirà il silicio», afferma il ricercatore. La nuova tecnologia avrà però ulteriori e importanti vantaggi. Tiwari: «Lo sviluppo delle celle solari flessibili nasce in Europa e non in Cina.» Offre quindi una via verso l’indipendenza. «Abbiamo un buon vantaggio.», conclude Romain Carron.
