EU entwickelt Dünnschichtphotovoltaik als Innovationsplattform in Europa; robuste europäische PV-Wertschöpfungskette neue Wachstumsmärkte

Dünnschichtphotovoltaik als Innovationsplattform für resiliente industrielle Wertschöpfung in Europa Strategischer Impuls zur Weiterentwicklung des 8. Energieforschungsprogramms und der SWOT Analyse von 2025 Präambel: Das vorliegende Strategiepapier setzt einen besonderen Fokus auf die Dünnschichtphotovoltaik und ihre strategische Bedeutung für die zukünŌige Entwicklung der europäischen Photovoltaikindustrie. Es versteht sich dabei ausdrücklich als Ergänzung zu den bereits vorliegenden Strategiepapieren. Die darin formulierten Zielsetzungen und Handlungsempfehlungen behalten ihre GülƟgkeit. Ihre Dringlichkeit hat sich angesichts der aktuellen technologischen, wirtschaŌlichen und geopoliƟschen Entwicklungen vielmehr weiter erhöht.

  1. Abstract Die Transformation des Energiesystems erfordert nicht nur einen beschleunigten Ausbau erneuerbarer Energien, sondern auch die Fähigkeit, die dafür notwendigen Schlüsseltechnologien nachhaltig, wettbewerbsfähig und resilient in Europa zu entwickeln und industriell umzusetzen. Das 8. Energieforschungsprogramm bietet die Chance, Energieforschung nicht ausschließlich als Entwicklung einzelner Technologien zu verstehen, sondern als strategisches Instrument für Transformation, Transfer, Technologiesouveränität, Resilienz und langfristige industrielle Wertschöpfung. Die Dünnschichtphotovoltaik stellt hierfür eine besonders geeignete Innovationsplattform dar. Sie verbindet Materialwissenschaft, nachhaltige Chemie, industrielle Fertigungstechnologien, Maschinenbau, Digitalisierung und Systemintegration. Technologien wie CIGS, Perowskite, OPV sowie darauf aufbauende Tandemkonzepte eröffnen neue Möglichkeiten für hocheffiziente, leichte, flexible und integrierbare Photovoltaiksysteme. Dadurch können neue Wachstumsmärkte erschlossen werden, insbesondere in den Bereichen gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV), fahrzeugintegrierte Photovoltaik (VIPV), Agrivoltaik, Raumfahrtanwendungen und dezentrale intelligente Energiesysteme. Gleichzeitig ermöglichen sie den Aufbau einer wettbewerbsfähigen europäischen Wertschöpfungskette: von der Material- und Prozessentwicklung über Produktions- und Fertigungstechnologien bis hin zu innovativen Anwendungen und kreislauffähigen Produkten. Die strategische Bedeutung liegt daher nicht allein in höheren Wirkungsgraden von Solarzellen. Entscheidend ist die Fähigkeit, neue Materialsysteme in skalierbare, ressourceneffiziente und wirtschaftlich tragfähige Produktionsprozesse zu überführen und die dafür notwendigen industriellen Kompetenzen in Europa langfristig zu sichern. Europa besitzt hierfür einzigartige Stärken in Forschung, Maschinen- und Anlagenbau, Prozesstechnik, Automatisierung und Qualitätssicherung. Diese Kompetenzen sollten gezielt genutzt werden, um eine resiliente europäische Wertschöpfungsstruktur für die nächste Generation photovoltaischer Technologien aufzubauen. Dieses sollte auch Life Cycle Analysen (LCA) und das Entwickeln von Recycling Strategien beinhalten.

  2. Energieforschung als Grundlage technologischer Souveränität und industrieller TransformaƟon Die Energiewende ist eine technologische und industrielle Transformation. Der langfristige Erfolg wird nicht allein durch die Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen bestimmt, sondern durch die Fähigkeit, Schlüsseltechnologien kontinuierlich weiterzuentwickeln, industriell zu skalieren und in neue Anwendungen zu integrieren. Globale Entwicklungen zeigen, dass etablierte Photovoltaikmärkte zunehmend durch großskalige Produktion standardisierter Module geprägt sind. Europa sollte seine strategische Stärke daher nicht ausschließlich in diesem bestehenden Markt suchen, sondern dort ansetzen, wo neue Innovationszyklen entstehen: bei neuen Materialien, neuen Fertigungstechnologien und neuen integrierten Anwendungen. Das Ziel muss sein, europäische Kompetenz entlang der gesamten Innovationskette auf- und auszubauen: Materialentwicklung → Prozessentwicklung → Pilotfertigung → industrielle Skalierung → Anwendung → Recycling Diese ganzheitliche Betrachtung entspricht den zentralen Zielsetzungen des 8. Energieforschungsprogramms. Zusätzlich zu der Mission Strom, wie in aktuellen Papieren beschrieben, werden insbesondere die Themen Technologietransfer, industrielle Umsetzung, nachhaltige Wertschöpfung, Resilienz und Wettbewerbsfähigkeit durch eine gezielte Stärkung industrienaher Photovoltaikforschung adressiert.

  3. Dünnschichtphotovoltaik als europäische InnovaƟonsplaƪorm Die nächste Generation der Photovoltaik wird durch ein Portfolio unterschiedlicher Technologien geprägt sein. Europa sollte daher nicht einzelne Technologiepfade isoliert betrachten, sondern komplementäre Entwicklungsrichtungen unterstützen. CIGS: etablierte europäische Dünnschichtkompetenz CIGS-Technologien stellen eine der am weitesten entwickelten Dünnschichtplattformen dar und verfügen über eine langjährige europäische Forschungs- und Industriehistorie. Die Kombination aus hoher Materialeffizienz, guter Temperatur und Langzeitstabilität und der Möglichkeit zur Herstellung auf flexiblen Substraten eröffnet besondere Potenziale für spezialisierte Anwendungen. Unternehmen wie Roltec zeigen, dass in Europa weiterhin industrielle Aktivitäten und Innovationspotenzial im Bereich CIGS vorhanden sind. Auch für Anwendungen im Weltall wird CIGS interessant (siehe Flexcell - Flexell Space and NanoAvionics Sign Multi-million Euro Solar Array Supply Contract for Korean Satellite Programme - NanoAvionics). Hier gilt es durch gezielte Förderung das Know-How zu halten und auszubauen. Perowskite: neue Möglichkeiten für nachhalƟge HochdurchsatzferƟgung Perowskit-Solarzellen bieten aufgrund ihrer Materialeigenschaften und Prozessierbarkeit ein hohes Innovationspotenzial. Besonders relevant sind dabei skalierbare, kostengünstige und ressourceneffiziente Herstellungsverfahren. Ein wichtiger Forschungsansatz ist die Entwicklung möglichst nachhaltiger Prozessketten, beispielsweise durch nasschemische Fertigung unter Einsatz geeigneter grüner Lösungsmittel. Dadurch kann bereits auf Material- und Prozessebene ein Beitrag zu Nachhaltigkeit, Ressourceneffizienz und langfristig wettbewerbsfähiger Produktion geleistet werden.

Tandemtechnologien: Kombination komplementärer Materialsysteme Die Entwicklung von Silizium-Perowskit-Tandemstrukturen schafft zusätzliche Perspektiven für den europäischen Silizium-PV-Standort und macht Investitionen in bestehende sowie neue Si-Kapazitäten weiterhin strategisch sinnvoll. Durch die Weiterentwicklung der Siliziumtechnologie hin zu hocheffizienten Tandemzellen können bestehende Kompetenzen, Produktionsinfrastrukturen und Wertschöpfungsketten genutzt und zugleich neue technologische Potenziale erschlossen werden. Damit tragen Tandemstrukturen dazu bei, Investitionsrisiken zu reduzieren und die langfristige Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Si-PV-Industrie zu sichern. Neben Perowskit/Silizium-Tandemstrukturen sollten insbesondere flexible Anwendungen von Perowskit-Solarzellen sowie vollständig dünnschichtbasierte CIGS/Perowskit- und Perowskit/Perowskit Tandems als strategisch interessante Entwicklungsrichtungen berücksichtigt werden. Gerade die Kombination aus geringem Flächengewicht, mechanischer Flexibilität und potenziell großflächiger, ressourceneffizienter Herstellung eröffnet für Perowskit-Technologien attraktive Anwendungsfelder, die mit konventionellen kristallinen Siliziumtechnologien nur eingeschränkt erschließbar sind. Hierzu zählen beispielsweise Anwendungen auf gekrümmten oder gewichtssensitiven Oberflächen sowie perspektivisch mobile und integrierte Photovoltaiklösungen. Gleichzeitig bieten Perowskit- Tandemtechnologien ein erhebliches Innovations- und Forschungspotenzial. Neben der weiteren Steigerung der Wirkungsgrade sind insbesondere die Entwicklung stabiler Schicht- und Grenzflächenstrukturen, die Skalierung der Prozessführung sowie die Herstellung großflächiger und langlebiger Bauelemente zentrale Fragestellungen. Die Kombination aus flexiblen Perowskit-Einfachzellen und flexiblen Tandemstrukturen sollte daher als wichtiges Innovationsfeld mit erheblichem Potenzial für zukünftige Forschungs-, Entwicklungs- und Industrieaktivitäten betrachtet werden. 4T-Architekturen als modulare Innovationsplattform Elektrisch entkoppelte Vier-Terminal-(4T)-Architekturen bieten einen zusätzlichen strategischen Vorteil. Die unabhängige Entwicklung einzelner Zellkomponenten ermöglicht kürzere Innovationszyklen, ermöglicht schnelleren Industrietransfer und stärkt somit deutsche Maschinenbauer und reduziert zudem technologische Abhängigkeiten. Neue Perowskitmaterialien können integriert werden, ohne etablierte Siliziumplattformen grundlegend zu verändern. Gleichzeitig bleiben unterschiedliche Siliziumtechnologien kompatibel. Diese Modularität unterstützt Transfer, Skalierung und Technologieflexibilität. Vor allem für die Back Contact Technologie im Si Bereich sind 4T Anwendungen äußerst interessant und Innovationen im Bereich der Modulelektronik führen zu geringeren Systemkosten und somit vergleichbaren Kosten wie im 2T Bereich. Zudem zeigen erste Publikationen, dass das Alterungsverhalten von 4T Modulen möglicherweise das von 2T übertrifft (Comparison on Module Performance and Degradation Robustness 2T, 3T and 4T Pero-Si Tandems).

  1. ProdukƟonskompetenz als strategische Ressource Europas Der entscheidende Wettbewerbsvorteil zukünftiger Energietechnologien wird nicht allein in den Materialien liegen, sondern in der Fähigkeit, diese Materialien zuverlässig und wirtschaftlich in industrielle Prozesse zu überführen. Europa verfügt über herausragende Kompetenzen in Bereichen wie: • Maschinen- und Anlagenbau, • Beschichtungstechnologien, • Lasertechnik, • Digitalisierung, • Automatisierung, • Prozesskontrolle, • Messtechnik, • Spezialmaterialien. Gerade Dünnschichtphotovoltaik verbindet diese Kompetenzen in besonderer Weise. Forschungsaktivitäten sollten daher verstärkt die industrielle Umsetzung adressieren: • Rolle-zu-Rolle-Prozesse, • skalierbare Beschichtungstechnologien, • Inline-Metrologie, • KI-basierte Prozessregelung, • digitale Zwillinge, • nachhaltige Fertigungskonzepte, • Recycling und Kreislaufwirtschaft. Die strategische Ressource Europas ist nicht nur Produktionskapazität, sondern Produktionskompetenz: die Fähigkeit, Herstellungsverfahren kontinuierlich weiterzuentwickeln und neue Technologien schneller als andere Regionen zu industrialisieren.
  2. Strategische Empfehlungen und Schlussfolgerung Dünnschichtphotovoltaik bietet Europa die Möglichkeit, Energieforschung, industrielle Transformation und technologische Resilienz miteinander zu verbinden. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, sollte das 8. Energieforschungsprogramm die Entwicklung dieser Technologieplattform ganzheitlich unterstützen und den Fokus stärker auf den Übergang von Forschung zu industrieller Umsetzung legen.

  1. Dünnschichtphotovoltaik als Europäische Innovationsplattform: Die Vernetzung von Forschung, Start-ups, Maschinenbau, Industrie und Anwendern stärkt Dünnschichtphotovoltaik als Treiber für Dekarbonisierung und neue industrielle Wertschöpfung in Zukunftsmärkten wie BIPV, VIPV, Agrivoltaik, IoT und Raumfahrt.

  2. Neue, materialeffiziente Tandemmodule, wie Pero/CIGS und Pero/Pero stellen die Zukunft hocheffizienter Dünnschichtmodule mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten dar und können zudem zur Europäischen Ressourcen und Energie Resilienz beitragen.

  3. Industrienahe Forschung: Verbindung von Materialentwicklung, Prozessinnovation, Pilotfertigung, Demonstratoren und Skalierung – technologieoffen für CIGS, Perowskite und Tandemarchitekturen, inklusive 4T Technologien.

  4. Nachhaltige