Beschichtung treibt Solarzellen zu Höchstleistungen

Alternative Energien. Photovoltaikforscher haben einen Überzug entwickelt, mit dem herkömmliche Solarmodule deutlich mehr Strom erzeugen können. Dabei ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Grundgesetz der Physik zu umgehen.

In der Photovoltaik stammen die bahnbrechenden Erfindungen oft aus Städten, in denen sich die Sonne besonders häufig zeigt – aus Freiburg, Sydney oder Denver zum Beispiel, wo renommierte Forschungsinstitute angesiedelt sind. Doch der nächste große Fortschritt in der Photovoltaik könnte ausgerechnet aus dem verregneten, wolkenverhangenen England kommen: Eine Forschergruppe der University of Cambridge hat jetzt offenbar eine Technologie entwickelt, mit der sich der Wirkungsgrad herkömmlicher Solarmodule deutlich verbessern lässt. Photovoltaikanlagen könnten damit auf gleicher Fläche viel mehr Strom erzeugen, die Sonnenenergie würde billiger.

Photovoltaikanlage (in Niederbayern, Februar 2012): „Wunder gibt es leider nur selten“

Eigentlich wird die Stromerzeugung aus Sonne durch eine Art physikalisches Grundgesetz limitiert: Es ist unmöglich, eine konventionelle Siliziumsolarzelle zu konstruieren, die mehr als 34 Prozent der Sonneneinstrahlung in Strom umwandelt. Denn das Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen, deren Energiegehalt je nach Wellenlänge unterschiedlich ist.

Wer eine Solarzelle baut, muss sich also entscheiden: Sollen vor allem die Wellen mit besonders hohem Energiegehalt absorbiert werden? Dann bleibt der weniger energiereiche Teil der Strahlung ungenutzt. Oder soll ein möglichst breites Spektrum des Sonnenlichts verwertet werden? Das geht dann auf Kosten der hochenergetischen Wellen.

Die Forscher aus Cambridge haben nun einen Trick gefunden, dieses Gesetz zu umgehen. Sie haben eine spezielle Beschichtung entwickelt, mit der sich Siliziumsolarzellen zu neuen Höchstleistungen animieren lassen. Der Überzug soll bewirken, dass die Module die Energie des Sonnenlichts besser ausschöpfen. „Mit unserer Entwicklung ist es möglich, das Limit auf 45 Prozent hinauszuschieben“, sagt der deutsche Wissenschaftler Bruno Ehrler, der zu der Forschergruppe gehört.

Handelsübliche Siliziummodule haben heute einen Wirkungsgrad von 14 bis 19 Prozent. Der könnte durch die Arbeit der Wissenschaftler „deutlich gesteigert werden“, so Ehrler – auf wie viel Prozent, will er sich aber nicht festlegen. 45 Prozent werden es allerdings auf keinen Fall, weil das Limit nur unter Laborbedingungen zu erreichen wäre.

Aus eins mach zwei

Doch selbst wenn es mit der Beschichtung gelänge, den Wirkungsgrad in der Serienfertigung auf 22 oder gar 25 Prozent zu schrauben, dürfte die Solarbranche die Korken knallen lassen – die Experten in den Forschungsinstituten und Unternehmen kämpfen um jedes einzelne Prozent.

Das Team aus Cambridge setzt an zwei Punkten an. Zum einen enthält die Beschichtung eine organische Kohlenstoffverbindung. Sie sorgt dafür, dass bei Lichteinfall hochenergetische Elektronen in der Zelle quasi halbiert werden. Aus eins mach zwei – das hat letztlich zur Folge, dass die Zellen mehr Strom aus dem energiereichen Spektrum des Sonnenlichts gewinnen können. Zum anderen verwenden die Wissenschaftler für die Schicht nanogroße anorganische Blei-Sulfid-Teilchen, mit denen sich auch der Infrarotbereich der Solarstrahlung zur Stromerzeugung nutzen lässt.

Herkömmliche Siliziumzellen absorbieren im Wesentlichen nur den sichtbaren Teil des Sonnenlichts. „Die Kombination von organischem und anorganischem Material hört sich grundsätzlich erst einmal plausibel an. Der Ansatz ist spannend“, sagt Stefan Glunz, Leiter der Zellforschung am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg.

„Das kann dann so billig sein, wie eine Zeitung zu drucken“

Allerdings ist Glunz skeptisch, ob sich die Arbeit von Ehrler und seinen Kollegen so einfach in die Praxis übertragen lässt. Falls dies jedoch gelingt, dürfte es sehr lange dauern, bis Module mit der Beschichtung tatsächlich zu kaufen sind. „Selbst wenn alles super läuft, wird diese Technologie für die Standardsiliziumzellen in den nächsten fünf bis zehn Jahre sicher keine Rolle spielen“, meint Glunz.

Derweil träumt Ehrler schon davon, die Solarbeschichtung eines Tages einfach mit einem simplen Tintenstrahldrucker auf die Siliziumzellen aufzutragen, um die Kosten der Photovoltaik weiter zu senken. „Das kann dann so billig sein, wie eine Zeitung zu drucken“, sagt Ehrler. „Solche Druckverfahren sind nichts Neues, das ist in der Tat kostengünstig“, meint Professor Jan Schmidt vom Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH).

Die Technologie wird bereits eingesetzt, um flexible Photovoltaikfolien zu produzieren, etwa für Gadgets wie Solarrucksäcke oder -Handys. Allerdings verweist Schmidt darauf, dass die Kosten für die Zellfertigung nur einen kleinen Anteil an den Gesamtkosten einer Solaranlage ausmachen. Die Wafer, die Wechselrichter und die Montage der Module fallen viel stärker ins Gewicht – und ohne die kommt keine Solaranlage aus.

Zudem befürchtet der Hamelner Wissenschaftler, dass die organischen Bestandteile der Beschichtung nach einigen Jahren ihre Stabilität verlieren könnten – ein Problem, mit dem auch andere Photovoltaikhersteller kämpfen, die organisches Material verwenden. Schmidts Fazit: „Wunder gibt es leider nur selten!“

via: http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/

Das könnte Sie auch interessieren:

Kommentar verfassen

%d Bloggern gefällt das: