Neuer Wirkungsgrad-Rekord bei Solarzellen

Solarzellen gewinnen im Rahmen der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Jetzt haben Forscher aus Japan ein neues Panel entwickelt, das für Aufsehen sorgt. Die Silizium-Solarzelle weist einen Wirkungsgrad von 26,3 Prozent auf. Damit nähert sie sich sogar der theoretischen Grenze für die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Diese wurde nämlich von Forschern errechnet und auf 29 Prozent für Silizium-Solarzellen festgesetzt.

20 Prozent des Weltstroms aus Photovoltaik?

Dabei könnte der Wirkungsgrad der Silizium-Solarzelle sogar noch gesteigert werden, ist sich das Team um Kunta Yoshikawa sicher. Die Forscher der Kaneka Corporation in Osaka erklären im Fachmagin „Nature Energy“, dass es Möglichkeiten gäbe, wie man den Wirkungsgrad weiter steigern könne. Der aktuelle Wirkungsgrad-Rekord wurde vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg gemessen. Die Forscher erklären in ihrem Artikel, dass die bessere Lichtumwandlung von Solarzellen entscheidend für deren weitere Entwicklung sei. Sie gehen sogar anhand verschiedener Prognosen davon aus, dass bis zum Jahr 2050 20 Prozent des weltweiten Strombedarfs über Photovoltaik geliefert werden könnte.

Insbesondere in Japan arbeiten die Forscher mit Hochdruck daran, wie man die Technologie weiter verbessern kann. Der bisherige Rekordhalter erreichte einen Wirkungsgrad von 25,6 Prozent und stammte ebenfalls aus dem fernen Osten.

Wie sieht die Rekord-Solarzelle aus?

Für die Rekord-Solarzelle setzen die Forscher auf eine kristalline Silizium-Scheibe. Deren Dicke beträgt gerade einmal 165 Mikrometer. Ihre Oberfläche erhält durch ein Ätzverfahren eine bestimmte Struktur, mit der die Reflexion des auftreffenden Lichts reduziert werden soll. Die Vorder- und Rückseite wird anschließend mit amorphem Silizium beschichtet.

Auf diese Weise entsteht eine unregelmäßige Struktur der Atome des Halbmetalls. Bei kristallinem Silizium sind die Atome dagegen in ein Kristallgitter eingebunden. Durch die Kombination aus kristallinem und amorphem Silizium soll nun der Verlust von Ladungsträgern weitgehend minimiert werden.

Außerdem bringen die Forscher noch eine Anti-Reflexionsschicht auf der Seite auf, die der Sonne zugewandt ist. Auf der Rückseite dagegen werden sehr feine Streifen amorphen Siliziums aufgebracht. In diese wurden zudem verschiedene Fremdatome integriert. Man spricht hier auch von einer Dotierung.

Auf diese Weise entstehen die Bereiche zwischen positiver und negativer Dotierung, die für die Stromerzeugung notwendig sind. Der Strom wird dann von Elektroden aufgenommen, die linienförmig an die n- und p-dotierten Silizium-Streifen angepasst werden.

Ab wann werden die Rekord-Solarzellen zu kaufen sein?

Erste Hausbesitzer frohlocken bereits, wenn sie diese Nachricht hören und würden lieber heute als morgen umstellen. Doch noch ist unklar, ob die Rekord-Solarzelle, die im Labor entwickelt wurde, tatsächlich eines Tages in größeren Mengen hergestellt und vertrieben wird. Abhängig ist dies von den Herstellungskosten, fallen diese zu hoch aus, ist die Solarzelle trotz hohem Wirkungsgrad nicht wirtschaftlich und wird sich auf dem Markt nicht durchsetzen.

Daher muss im Endeffekt der Preis pro Kilowattstunde erzeugtem Strom beachtet werden. Er setzt sich aus den Herstellungskosten, der Effizienz und Lebensdauer, den Sonnenscheinstunden und dem Sonnenwinkel zusammen. Bisher gibt es die Silizium-Solarzellen bereits in drei Varianten:

  • Monokristalline Solarzellen
  • Polykristalline Solarzellen
  • Dünnschichtmodule

Letztere sind sehr preiswert erhältlich, weisen jedoch auch einen geringen Wirkungsgrad auf. Dennoch können sie wirtschaftlich sein, wenn entsprechend große Flächen zur Verfügung stehen. Bei Raumschiffen oder Solarflugzeugen, wo jedes Gramm Gewicht zählt, sind Solarzellen mit extrem hohen Wirkungsgraden dagegen die bessere Wahl.

Quelle: dpa