Der maximale Wirkungsgrad von Solarzellen ist noch nicht erreicht

Wieder einmal haben Forscher neue Maßstäbe beim Wirkungsgrad von Solarzellen gesetzt. Die Resultate könnten die gesamte Solarbranche revolutionieren.

Die guten Nachrichten zum möglichen Wirkungsgrad von Solarzellen kamen von der Forschungsgruppe Photovoltaik, die beim Zentrum für Innovationskompetenz an der Martin-Luther-Universität Halle angesiedelt ist. Ihnen ist es gelungen, den photovoltaischen Effekt auf den 1000-fachen Wert gegenüber den bisher üblichen Werten bei Dünnschicht-Solarzellen zu steigern. Damit übertreffen sie auch die Forschungsresultate, die erst kürzlich vom Fraunhofer Institut vorgelegt wurden.

Wie sehen die aktuellen Wirkungsgrade der Photovoltaiksysteme aus?

Die schlechtesten Werte unter Laborbedingungen liefert amorphes Silizium mit 14 Prozent. Mit diesem Material ist eine Fläche von 16,7 Quadratmetern notwendig, um eine Leistung von einem Kilowatt zu erzeugen. Polykristallines Silizium bietet einen Wirkungsgrad von 22,3 Prozent und benötigt für die gleiche Leistung eine Fläche von 5,9 Quadratmetern. Mit monokristallinem Silizium steigt der Wirkungsgrad auf 26,1 Prozent und der Flächenbedarf sinkt auf 5,3 Quadratmeter. Die aktuell besten Werte werden unter Laborbedingungen bei serienreifen Konzentratorzellen mit 46 Prozent und einem Flächenbedarf von 3,3 Quadratmetern erzielt. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts erzielten im Labor einen Wirkungsgrad von 68,9 Prozent. Sie verwendeten einen Dünnschichtaufbau der Photovoltaikzellen mit Galliumarsenid als Träger.

Welchen Aufbau nutzen die Photovoltaikforscher der Universität Halle?

Die Forscher unter der Leitung von Doktor Akash Bhatnagar haben herausgefunden, dass sich deutlich höhere Wirkungsgrade bei Photovoltaikzellen durch die Einbettung eines ferroelektrischen Materials in zwei Schichten aus paraelektrischen Materialien erreichen lassen. Sie verwenden als ferroelektrische Schicht Bariumtitanat. Als paraelektrische Einbettungsschichten kommen Calciumtitanat und Strontiumtitanat zum Einsatz. Durch die Nutzung der Verdampfung per Hochleistungslaser entsteht eine Lage aus 500 Schichten, die trotzdem lediglich eine Stärke von 200 Nanometern aufweist. Vor allem die Permittivität profitiert von diesem Materialmix. Als Permittivität wird die Intensivität des Abflusses von Lichtphotonen bezeichnet. Wie dieser Effekt entsteht, ist derzeit noch nicht abschließend erforscht. Außerdem deutet sich bereits an, dass die Lebensdauer der Photovoltaikzellen mit diesem Materialmix gegenüber den aktuell in Serie produzierten Zellen noch einmal verlängert werden kann.

Interessante Zahlen rund um Solarsysteme in Deutschland

Die neuen Forschungsergebnisse der Universität Halle leisten einen wichtigen Beitrag zum weiteren Ausbau der umweltfreundlichen Energiegewinnung aus der Sonnenstrahlung. Höhere Wirkungsgrade steigern die Stromausbeute und senken gleichzeitig den Flächenbedarf. Aktuell bringen es die in Deutschland installierten Photovoltaikanlagen auf eine Gesamtleistung von knapp 54.000 Gigawatt. Der Anteil an der Gesamtmenge des erzeugten Stroms liegt derzeit bei rund 9 Prozent. Die bedeutendsten Lieferanten von Solarstrom innerhalb Deutschlands sind Baden-Württemberg und Bayern. Die Top-3-Länder im weltweiten Vergleich der Stromerzeugung mit Photovoltaiksystemen sind China, die USA und Japan.

Quelle: Universität Halle, Fraunhofer Institut, statista, Quaschning-Tabelle

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