Solar TAP Infrastruktur –
Die Helmholtz Erfahrung.

Die Solar TAP-Plattform vereint einige der weltweit führenden Forschungsinfrastrukturen, um neue Photovoltaik-Technologien zu entwickeln, zu simulieren und zu demonstrieren. Diese einzigartige Plattform bietet eine flexible Nutzung von hochmodernen Einrichtungen.

Den Kern von Solar TAP bilden neun fortschrittliche Material- und Technologieforschungsinfrastrukturen, die ihre Forschungskapazitäten bündeln, um PV-Lösungen mit mehreren Vorteilen zu entwickeln. Dieser innovative Aufbau ermöglicht die gezielte Entwicklung und Verfeinerung von PV-Technologien.

Industriepartner können mit Solar TAP wie mit einem einzigen, zusammenhängenden Labor zusammenarbeiten. Dieser integrierte Ansatz gewährleistet eine effiziente Zusammenarbeit, schnelles Prototyping und beschleunigte Innovation in der PV-Technologieentwicklung. Mit Solar TAP wird der Weg vom Konzept zur marktreifen Technologie gestrafft und optimiert und die Zukunft nachhaltiger Energielösungen vorangetrieben.

Am Helmholtz-Zentrum Berlin wurde 2021 ein Living Lab mit gebäudeintegrierter Photovoltaik in farbigen Paneelen auf drei der vier Seiten (Süd, West und Nord) mit einer Gesamtnennleistung von rund 50 kW errichtet. Zu Forschungszwecken werden die vorgehängten hinterlüfteten Fassaden mit unterschiedlichen Dämmsituationen hinter den PV-Modulen rund um die Uhr umfassend auf gebäudespezifische Parameter wie Temperatur und Luftströmung überwacht, neben den üblichen elektrischen, optischen und meteorologischen Daten. Für ein neues Ensemble von Forschungsgebäuden am selben Standort wurde von den preisgekrönten Architekten ein erstes Gebäude entworfen, das 2025 fertiggestellt werden soll. Teil dieses Gebäudes wird eine Reihe von Metallfassadenelementen sein, die sich sehr gut als Testflächen für flexible Solarmodule eignen und geplant sind. Dieser Teil des lebenden Labors wird einen perfekten Testbereich für die Produkte von Solar TAP bieten und einen Eins-zu-Eins-Vergleich mit herkömmlichen PV-Elementen ermöglichen, aber auch den zusätzlichen Nutzen der flexiblen PV-Technologie von Solar TAP hervorheben.
Das Aufkommen hybrider organisch-anorganischer Metallhalogenid-Perowskit-Halbleiter in den letzten zehn Jahren hat der Perowskit-Dünnschicht-Photovoltaik der nächsten Generation eine neue Chance eröffnet. Sie bietet eine neuartige Möglichkeit, den Wirkungsgrad der marktbeherrschenden Photovoltaik-Technologien auf der Grundlage von kristallinem Si- oder CIGS-Dünnschicht-Photovoltaik in sogenannten Tandem-Solarzellen zu verbessern. Um die technologische Reife der Tandem-Photovoltaik voranzutreiben, sind Forschung und Innovation in unseren Kernkompetenzen erforderlich: neuartige Perowskit-Halbleiter, skalierbare Prozesse zur Herstellung von Perowskit-Dünnschichten, Tandem-Solarzellen auf Perowskit-Basis, nanophotonische Lichtmanagement-Strukturen und Energieertragsmodellierung. Das Kernlabor ermöglicht die Herstellung von hocheffizienten Perowskit-Solarzellen und Tandem-Solarzellen auf Perowskit-Basis.
Core Lab Perovskite PV at KIT
@ KIT/Breig
Das FZJ betreibt innerhalb von HI ERN mehrere Technologiebeschleunigungsplattformen (TAP) zur Automatisierung von Synthese, Filmbildung, Bauelementeherstellung und Charakterisierung. Diese Anlagen ermöglichen die gleichzeitige Optimierung mehrerer Parameter und unterstützen die Forscher bei der Materialentdeckung von der Materialentwicklung bis zur Anwendung der Bauelemente. Die „Autonomous Materials and Device Application Platform“ (AMANDA) ist ein maßgeschneidertes Software-Backbone mit der Fähigkeit, mehrere Materialbeschleunigungsplattformen zu steuern. Die Software ermöglicht ein hohes Maß an Automatisierung, um die Forschung zu beschleunigen und gleichzeitig die Laborprozesse flexibel zu halten. In allen Phasen des Prozesses werden Daten gesammelt, um eine umfassende und vollständige Dokumentation zu erhalten. Alle Datensätze sind miteinander verknüpft und können abgerufen werden, um systematische Analysen über alle Experimente hinweg zu ermöglichen. Die Verarbeitung wird automatisch auf mehreren Materialbeschleunigungsplattformen (MAPs) durchgeführt, die Substrate transportieren, Spincoater beladen, Spincoating durchführen, Strukturen strukturieren und die Filme nacheinander auf bis zu 96 Substraten parallel mit variablen Verarbeitungsparametern aushärten können. Alle Prozesse können unter inerten Bedingungen durchgeführt werden. Ein angeschlossener Verdampfer, eine automatisierte jV-Charakterisierung und eine integrierte Station für beschleunigte Stabilitätstests ermöglichen die Fertigstellung und vollständige Charakterisierung von photovoltaischen Bauelementen aus neuartigen Materialien.
Autonome Material- und Geräteanwendungsplattform (AMANDA) @HI ERN/Kurt Fuchs
Das Helmholtz Innovation Lab HySPRINT wurde 2016 mit finanzieller Unterstützung des Helmholtz-Initiativ- und Vernetzungsfonds initiiert. HySPRINT bietet eine Kooperationsplattform für die Industrie am Helmholtz-Zentrum Berlin mit dem Fokus auf (opto)elektronische Bauelemente in einem frühen technologischen Entwicklungsstadium. Die im Technologiepark Berlin-Adlershof angesiedelte Laborinfrastruktur ermöglicht den Industriepartnern den Zugang zu relevanten technologischen Prozessen und Charakterisierungsmethoden, insbesondere für die Halogenid-Perowskit-Silizium-Multijunction-PV-Technologie. Der Erfolg des geschaffenen Umfelds und der Infrastruktur zeigt sich in der Erzielung von Weltrekorden bei Tandemsolarzellen und Start-ups. Das HySPRINT-Labor verfügt über Einrichtungen zur Optimierung der Schichtstapel von Bauelementen durch Hochdurchsatzfertigung und Bewertung von Testbauelementen unter Verwendung skalierbarer Fertigungsmethoden. Ergänzend zu den Material-Screening-Fähigkeiten von AMANDA wird HySPRINT den Solar TAP-Partnern eine Hochdurchsatz-Tinten- und Prozessoptimierung durch kombinatorischen Tintenstrahldruck (IJP) und Slot-Die-Beschichtung (SDC) bieten. Für das kombinatorische Slot-Die-Coating und die Prozessüberwachung wird ein automatisierter Aufbau mit differenzieller Tintenzufuhr und automatisierbarer Inline-Prozessüberwachung entwickelt und angeschafft. Diese Fähigkeiten werden durch die Bereitstellung und Entwicklung von Inline-Prozessüberwachungswerkzeugen in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern ergänzt.
HySPRINT Innovation Lab
@ HZB/Dera
Dünnschicht-Photovoltaiktechnologien und -produkte werden am PVcomB gemeinsam mit der Industrie entwickelt. Der Technologie- und Wissenstransfer erfolgt in Forschungsprojekten mit Industriepartnern und durch die Ausbildung von hochqualifizierten Fachkräften.
PVComB Lab
@ HZB/Dera
Die „Solarfabrik der Zukunft“ (SFF) entwickelt Druck-, Beschichtungs- und Strukturierungsverfahren für die Hochdurchsatzfertigung (HT) von vollständig lösungsgefertigter Elektronik, insbesondere von neu entstehender Photovoltaik (e-PV), unter Nutzung ihrer einzigartigen Infrastruktur, die Rolle-zu-Rolle-Beschichtung/Druck, Laserstrukturierung und Verkapselung umfasst. Die einzigartige Kompetenz der SFF auf dem Gebiet der Hochskalierung von Produktionsprozessen für gedruckte Photovoltaik auf ein kommerziell relevantes Niveau beruht auf der Kombination von rationellen Methoden der Tintenformulierung mit intelligenten Beschichtungs- und Strukturierungsverfahren. Als eine der wenigen Forschungseinrichtungen weltweit ist die SFF in der Lage, Modulchargengrößen bis zu 100 m2 zu liefern, und verfügt über die Kompetenz, die Leistung ihrer R2R-Verarbeitungslinie auf den MW-Bereich zu skalieren. Durch die Kombination von wissenschaftlichem Fachwissen und technischer Kompetenz ist die SFF in der Lage, die Lücke zwischen Laborforschung und industrieller Fertigung zu schließen. Das SFF hält derzeit den Effizienzweltrekord für großflächige organische PV-Module.
Solar Factory of the Future
@EnCN/Kurt Fuchs
Solar TAP verbindet bestehende Beschleunigungsplattformen für Halbleitermaterialien, photovoltaische Bauelemente, Modulverarbeitung und Anwendungsentwicklung zu einer Technologiebeschleunigungsplattform, um die Entwicklung photovoltaischer Anwendungen zu fördern. Automatisierte und vernetzte Labore konzentrieren sich auf mehrere Stufen der Technologieentwicklung und eröffnen neue Möglichkeiten der Digitalisierung und des computergestützten Designs. Diese Designbemühungen werden im Digital Twin Lab gebündelt, das sich auf die Entwicklung einer virtuellen Darstellung der gesamten wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Wertschöpfungskette konzentriert: Der digitale Zwilling.
Digital Twin Lab
@ KIT/FZJ/HI ERN
Am Helmholtz-Zentrum Berlin wurde 2021 ein Living Lab mit gebäudeintegrierter Photovoltaik in farbigen Paneelen auf drei der vier Seiten (Süd, West und Nord) mit einer Gesamtnennleistung von rund 50 kW errichtet. Zu Forschungszwecken werden die vorgehängten hinterlüfteten Fassaden mit unterschiedlichen Dämmsituationen hinter den PV-Modulen rund um die Uhr umfassend auf gebäudespezifische Parameter wie Temperatur und Luftströmung überwacht, neben den üblichen elektrischen, optischen und meteorologischen Daten. Für ein neues Ensemble von Forschungsgebäuden am selben Standort wurde von den preisgekrönten Architekten ein erstes Gebäude entworfen, das 2025 fertiggestellt werden soll. Teil dieses Gebäudes wird eine Reihe von Metallfassadenelementen sein, die sich sehr gut als Testflächen für flexible Solarmodule eignen und geplant sind. Dieser Teil des lebenden Labors wird einen perfekten Testbereich für die Produkte von Solar TAP bieten und einen Eins-zu-Eins-Vergleich mit herkömmlichen PV-Elementen ermöglichen, aber auch den zusätzlichen Nutzen der flexiblen PV-Technologie von Solar TAP hervorheben.
Living Lab BIPV
@ HZB/Niklas Albinius
Die Integration neuartiger PV-Technologien wird sich auf verschiedene Anwendungsfälle mit hohem Potenzial konzentrieren. Die Entwicklung von Agri-Horti-PV-Anwendungen wird auf dem Agri-Horti-PV-Testgelände (Agri-Food-Energy Park -- Agri FEe) aufbauen, das vom FZJ: Pflanzenwissenschaften in Alt-Morschenich im Rahmen von BioökonomieREVIER (einer groß angelegten regionalen Transformation des Braunkohlereviers Rheinisches Revier zu einer Modellregion für nachhaltige Bioökonomie) eingerichtet wurde.
Agri-Food-Energy Parc (Agri FEe)
@ FZJ/Christina Kuchendorf
Die Mobility PV Platform wird im Rahmen von Solar TAP aufgebaut. Die Luftfahrtplattform in den Pflanzenwissenschaften am FZ Jülich enthält bereits verschiedene Flugzeuge, die Kameraausrüstungen für die Analyse der Pflanzenphänotypisierung transportieren. Die Luftschiffe und autonomen Segelflugzeuge der Plattform werden im Rahmen von Solar TAP für die Integration von leichtgewichtigen gedruckten Photovoltaikanlagen verwendet. Gemeinsam mit den Industriepartnern werden Konzepte für PV-integrierte Flugzeuge mit angepasstem Energiemanagement entwickelt, um die vollständige Elektrifizierung der Luftfahrt zu demonstrieren.
Mobility PV Platform
@ KIT/FZJ