Erforschung einer neuen Werkstoffklasse für die Anwendung in Back- sowie Frontsheet von Photovoltaikmodulen

Für die Bereitstellung nachhaltiger und leistbarer Energie ist, auch angesichts ständig steigender Ölpreise, ein ausreichend hoher Anteil an erneuerbaren Energien in der Gesamtenergieversorgung notwendig. Photovoltaik hat dabei in vielen Ländern einen wesentlichen Anteil an den erneuerbaren Energien und leistet in einigen Ländern (z.B. Deutschland, Italien) bereits einen signifikanten Beitrag zur Gesamtenergieversorgung [1].

Die Photovoltaik hat dabei bereits in den letzten Jahren gezeigt, dass sie ein Technologiebereich ist, der ein hohes Ausbau-, Innovations- und auch Treibhausminderungspotenzial hat [2]. Die Entwicklung neuer Materialien birgt dabei jedoch ein hohes technologisches und ökonomisches Risiko, wie die Entwicklung bei verschiedenen Technologien im PV-Bereich in den letzten Jahren gezeigt hat. So haben zum Beispiel PV-Module, welche Dünnschicht-Technologien verwenden, über einen langen Zeitraum signifikante Wachstumsraten bei den verkauften Modulen erzielt. Die erforderliche Steigerung beim Wirkungsgrad, bei gleichzeitiger Senkung der Kosten, konnte jedoch mit auf Siliziumsolarzellen basierenden PV-Modulen nicht Schritt halten. Im Bereich der Folienmaterialien für PV-Module, für die im gegenständlichen Projekt multifunktionelle Materialien entwickelt werden sollen, wurde z.B. bei der Entwicklung von Fluorpolymeren ein hohes technologisches und ökonomisches Risiko genommen. Diese Materialklasse ist jedoch im Bereich der Anwendung für PV-Module von abnehmender Relevanz, da sie komplex in der Fertigung ist, woraus auch hohe Kosten resultieren.

Für die multifunktionellen Werkstoffe, die im Rahmen dieses Projektantrags erforscht wurden, stand daher auch der Kostenaspekt immer mit im Fokus. Nur wenn die Kombination aus verbesserten Eigenschaften und Kosten dem Hersteller von PV-Modulen einen entsprechenden Vorteil bietet, hat ein Material das Potential in einem etwaigen Nachfolgeprojekt zum fertigen Produkt entwickelt zu werden.

Bezüglich der Ziele der Ausschreibung soll dieses Forschungsprojekt maßgeblichen Beitrag zum Ziel 2 der Ausschreibung e!Mission.at leisten. Die Erforschung von Materialien mit verbesserten Verarbeitungseigenschaften, und der damit verbundenen Effizienzsteigerung in der Fertigung, trägt zur Erhöhung des Anteils an erneuerbaren Energien durch eine verbesserte Kostenstruktur bei.

Ein ebenso maßgeblicher Beitrag wird zu Ziel 3 geleistet. Die ISOVOLTAIC AG ist Weltmarktführer im Bereich der Rückseitenfolien für PV-Module und hat in dieser Position die Technologieführerschaft über viele Jahre unter Beweis gestellt. So wurde im Jahr 2009 eine neue Produktserie auf Basis von Polyamid (Projekt 825369, Polyamid als neuartiger Witterungsschutz für PV-Module) am Markt vorgestellt. Dieser Werkstoff war für die Verwendung im Bereich PV bislang nicht bekannt. Entsprechend hohe Forschungs- und Entwicklungsarbeit für eine erfolgreiche Markteinführung war notwendig.

Aktuell versuchen viele Firmen sich im Bereich der Rückseitenfolien Marktanteile zu sichern. Die vorrangige Strategie dieser, vielfach asiatischen Firmen, ist die Imitation von bestehenden Lösungen. Deswegen sieht es die ISOVOLTAIC AG auch als geeignet und notwendig an, die Forschungsarbeit in diesem Bereich alleine durchzuführen. Vielversprechende technologische Ansätze werden bei Bekanntwerden von diesen asiatischen Firmen sofort aufgegriffen und als Produkt, auch unausgereift, auf den Markt gebracht.

Daher ist es unerlässlich als Weltmarktführer im Technologiebereich der Rückseitenfolien neue innovative Lösungen zu erforschen, welche die zukünftigen Anforderungen in der Fertigung von PV-Modulen erfüllen können. Dadurch wird der Wirtschafts- und Innovationsstandort Österreich nachhaltig gestärkt und es kann auch die internationale Klimaschutzpolitik Österreichs unterstützt werden.

Auch zu Ziel 1 wird ein Beitrag geleistet, da durch die zu entwickelnden multifunktionellen Werkstoffe auch die Energieeffizienz eines PV-Moduls über seine gesamte Lebensdauer gesteigert werden soll. Das kann z.B. durch Werkstoffe mit einer optimierten Reflektivität und einer deutlich reduzierten Permeation für z.B. Sauerstoff erreicht werden.

Die Ziele für den Subschwerpunkt Photovoltaik, welche im Speziellen adressiert werden, sind jene zum Einsatz neuer Materialien, welche die Degradation der Solarzellen in einem PV-Modul reduzieren können. Dies kann, wie bereits erwähnt, durch eine Reduktion der Permeation geschehen.

Eine Kostenreduktion kann über besonders effiziente Fertigungsprozesse erreicht werden. So ist geplant, Forschung in Richtung solcher Werkstoffe zu betreiben, die eine ausgezeichnete Dispergierung von Füllstoffen ermöglichen und die geringere Verarbeitungstemperaturen zulassen.

Damit kann auch der PV-Modulherstellungsprozess optimiert werden, da Materialien mit einer hervorragenden Dispergierung geringere Dicken bei vergleichbaren Eigenschaften ermöglichen können. Weiters soll die Forschung in diesem Bereich auch multifunktionelle Materialien adressieren, welche bei niedrigen Temperaturen bei der PV-Modulfertigung (Laminationstemperatur) hohe Haftung zu Einbettungsmaterialien aufweisen. Solche Einbettungsmaterialien werden in der PV-Industrie derzeit erforscht und entwickelt und stellen ein großes Optimierungspotential für zukünftige PV-Module dar.