Studie über Fahrzeugproduktion: Deutschland verliert als Autostandort an Bedeutung

(Spiegel) – Das Lohnniveau im Osten und Südosten Europas liegt deutlich unter dem Deutschlands – das merkt auch die hiesige Autoindustrie. Laut einer Studie brach Deutschlands Anteil am Pkw-Produktionsvolumen der EU ein.

Der Autoproduktionsstandort Deutschland verliert einer Studie zufolge an Bedeutung

Deutschland hat als größter europäischer Standort der Automobilproduktion in den vergangenen fünf Jahren an Bedeutung verloren. Das geht aus einer Studie der Unternehmensberatung AlixPartners hervor. Der Anteil am Pkw-Produktionsvolumen in der Europäischen Union sei demnach von 2015 bis 2020 um sechs Prozentpunkte auf 22 Prozent gesunken.

(pte) – Mit einer Aluminium-Ionen-Batterie fordern Forscher der University of Queensland Akkuhersteller in aller Welt heraus. Sie hat eine höhere Energiedichte, ermöglicht also eine längere Nutzungsdauer. Und sie lässt sich 70 Mal schneller aufladen als eine Lithium-Ionen-Batterie, sagt Forschungsleiter Alan Rowan. Er hat mit der Graphene Manufacturing Group kooperiert, die eine positive Elektrode aus Graphen hergestellt hat.

Elektrodenherstellung 2.0

Graphen ist eine Folie aus bienenwabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen oder aus einigen wenigen Schichten dieser Art. Die zweite Elektrode besteht aus einer Aluminiumverbindung. Dazwischen befindet sich der Elektrolyt, der nur bestimmte Ionen passieren lässt, ansonsten aber einen Kurzschluss zwischen den Elektroden verhindert. Der international anerkannte Materialwissenschaftler Michael Yu hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Elektroden herstellen lassen, was keineswegs trivial ist. Die Folie ist, weil unvorstellbar dünn, unsichtbar.

„Nach mehreren Jahren intensiver Forschung zur Verbesserung der Aluminium-Ionen-Batterie freuen wir uns, in der Phase der Entwicklung kommerzieller Prototypen für nachhaltigere, schneller ladende Batterien zu sein“, sagt Rowan. Sie sollen in vielen Größen hergestellt werden, sodass sie alle elektrischen Geräte vom Smartphone bis zu Elektroauto mit Strom versorgen können.

Bessere Umweltverträglichkeit

Rowen nennt noch weitere Vorteile der neuen Batterie, die ähnlich aufgebaut ist wie die heute gängigen Modelle auf Lithium-Basis. Sie hat eine dreimal höhere Lebensdauer und brennt nicht, selbst wenn sie massiv beschädigt wird. Lithium-Ionen-Batterien gehen dagegen schnell in Flammen auf, wenn sie verletzt werden. Das geschah zuletzt am 19. April, als ein Tesla in Texas gegen einen Baum fuhr und sofort in Flammen stand. Die beiden Insassen starben.

Dean Moss, Chef des hochschuleigenen Büros UniQuest, das Innovationen kommerzialisiert, hat noch ein weiteres Argument, das für die neue Batterie spricht. „Lithium-Ionen-Batterien benötigen Selten-Erdmetalle, bei deren Abbau die Umwelt massiv geschädigt wird“, sagt er. Außerdem benötige die Produktion große Mengen an Wasser und es würden Chemikalien eingesetzt, die die Umwelt schädigen. Das treffe bei der Aluminium-Ionen-Batterie nicht zu.

(KIT) – Von der Zelle zum Modul ohne Wirkungsgradeinbußen: Das ist eine der wesentlichen Herausforderungen der Perowskit-Photovoltaik. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun Perowskit-Solarmodule fast ohne Skalierungsverluste hergestellt. Dazu kombinierten sie die Serienverschaltung per Laser mit der Vakuumprozessierung aller Schichten der Solarzelle. Sie erreichten einen Wirkungsgrad von 18 Prozent auf einer Fläche von vier Quadratzentimetern – Weltrekord für vakuumprozessierte Perowskit-Solarmodule.

In der Photovoltaik gelten Perowskit-Halbleiter dank ihrer günstigen Verfügbarkeit, ihrer einfachen Herstellbarkeit sowie ihres enormen Wirkungsgradpotenzials als besonders zukunftsträchtige Materialien. Perowskit-Solarzellen haben im vergangenen Jahrzehnt eine einzigartige Entwicklung durchlaufen. Im Labor hergestellt erzielen sie inzwischen Wirkungsgrade von über 25 Prozent. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Nun gilt es, die Perowskit-Photovoltaik vom Labor in die Industrie zu bringen.

„Eine zentrale Herausforderung besteht darin, die auf Flächen von wenigen Quadratmillimetern erzielten Wirkungsgrade auf typische Solarmodulflächen von einigen Hundert Quadratzentimetern zu übertragen“, sagt Dr. Tobias Abzieher, der am Lichttechnischen Institut (LTI) des KIT die Entwicklung aus dem Vakuum abgeschiedener Perowskit-Solarzellen leitet. Bei Perowskit-Solarzellen handelt es sich um Dünnschichtsolarzellen. Diese werden über die sogenannte monolithische Serienverschaltung zu großflächigen Solarmodulen zusammengefügt. Dazu werden während der Abscheidung der einzelnen Schichten der Solarzelle Strukturierungslinien eingebracht, die eine Serienverschaltung der so entstehenden Solarzellenstreifen bewirken.

Schichten der Solarzelle im Vakuum aufgedampft
Bei Perowskit-Solarmodulen kam es durch die Aufskalierung bisher zu deutlichen Wirkungsgradeinbußen. Erstens ist die Abscheidung der einzelnen Solarzellenschichten umso schwieriger, je größer die Flächen werden, und zweitens entstehen bei der Serienverschaltung sogenannte Totflächen zwischen den aktiven Solarzellenstreifen. Das sind Flächen, die später nicht zur Stromerzeugung beitragen können, für die Serienverschaltung aber benötigt werden. Dem Karlsruher Team ist es nun gelungen, durch das Aufdampfen aller Schichten der Solarmodule im Vakuum den Einfluss beider Verlustmechanismen zu minimieren. „Große Vorteile der Abscheidung aus dem Vakuum im Hinblick auf die Herstellung effizienter Solarmodule sind die einfache Beherrschbarkeit der Prozesse, die geringe Anzahl an Prozessparametern sowie insbesondere die Unabhängigkeit des Abscheidungsmechanismus von der Beschichtungsfläche“, erklärt Abzieher. Dieses innovative Verfahren haben die Forschenden mit der hochpräzisen Strukturierung und Serienverschaltung über das Eingravieren von Linien mittels eines Lasers kombiniert (monolithische Serienverschaltung). Damit haben sie erstmals ein großflächiges Perowskit-Solarmodul fast ohne Skalierungsverluste hergestellt – ein wichtiger Schritt vom Labor in die Industrie.

Mit der Kombination von Vakuumprozessierung und Laserablation erzielten die Forschenden am LTI Wirkungsgrade von bis zu 16,6 Prozent auf einer Bauteilfläche von über 50 Quadratzentimetern und von sogar 18 Prozent auf einer Fläche von vier Quadratzentimetern – Weltrekord für vakuumprozessierte Perowskit-Solarmodule. Ihre Ergebnisse präsentierten die Wissenschaftler auf der diesjährigen Frühjahrstagung der Materials Research Society (MRS). „Trotz der Vergrößerung der Bauteilfläche um einen Faktor von über 500 sind fast keine Wirkungsgradeinbußen zu beobachten“, berichtet David Ritzer vom LTI, der die hochpräzise Laserverschaltung entwickelt hat. Mit seinem Ansatz gelang es dem Karlsruher Team, die Skalierungsverluste bei Perowskit-Solarmodulen auf Werte zu senken, wie sie für in der Industrie bereits etablierte Photovoltaiktechnologien wie Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) erzielt werden.

Wirkungsgrade von über 20 Prozent auf größeren Flächen angestrebt
Künftig werden die Forschenden an der Optimierung des reinen Solarzellenschichtstapels sowie einer weiteren Reduzierung der Totflächen arbeiten. „Schöpfen wir das Potenzial der Technologie voll aus, ist die Herstellung von Perowskit-Solarmodulen mit Wirkungsgraden von deutlich über 20 Prozent auch auf noch größeren Flächen ein zeitnah realisierbares Ziel“, sagt Tenure-Track-Professor Ulrich W. Paetzold, Leiter der institutsübergreifenden „Taskforce Perovskite Photovoltaics“ am KIT. Die Forschung in der Abteilung „Next Generation Photovoltaics“ am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) und am LTI des KIT unter Leitung von Ulrich W. Paetzold wird finanziell vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Verbundvorhaben CAPITANO sowie innerhalb des EU-Rahmenprogramms für Forschung und Innovation Horizont 2020 im Projekt PERCISTAND unterstützt.