Solarzellen © Michel Angelo, fotolia.com
Theoretisch liegt der Wirkungsgrad von Silicium-Solarzellen bei 29 Prozent. Auf den höchsten, kommerziell lieferbaren Wirkungsgrad von knapp 30 Prozent bringen es hingegen nur Gallium-Arsenid-Zellen, die bereits einen experimentellen Wirkungsgrad von 41,1 Prozent erreicht haben. Möglich macht das aber erst der Aufbau der so genannten Mehrfach- oder Tandem-Solarzelle, bei der zwei oder mehr Zellen aus verschiedenem Material übereinander geschichtet sind. Amerikanischen Forschern ist es zwar gelungen, einen experimentellen Wirkungsgrad von 44 Prozent zu erzielen, jetzt soll allerdings die 50 Prozent Marke geknackt werden.
Wirkungsgrad Weltrekord
Spätestens, nachdem es Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solar Energiesysteme (ISE) im Jahr 2009 gelungen ist, mit Hilfe von Mehrfachsolarzellen einen neuen Wirkungsgrad-Weltrekord (41,1 %) aufzustellen, ist der Ehrgeiz der Forscherwelt angefacht, diesen Weltrekord zu übertrumpfen. Forscher am U.S. Naval Research Laboratory (NRL) könnten jetzt kurz davor stehen, den deutschen Weltrekord zu knacken. Ihr neues Mehrfachsolarzellen-Design soll dabei helfen und einen Wirkungsgrad von rund 50 Prozent erzielen. Was derzeit noch wie Zukunftsmusik klingt, könnte durch den speziellen Aufbau der Zellen mit drei speziell angeordneten Photovoltaik-Schichten bald gelingen.
Der Fokus liegt auf der Anordnung
Mehrfachsolarzellen genießen den Vorteil, dass sie, bedingt durch ihre übereinander gestapelte Anordnung, ein sehr breites Lichtspektrum einfangen können. So sind die jeweiligen Schichten auf ganz bestimmte, unterschiedliche Lichtwellenlängen optimiert, sodass der höchste, bislang erzielte Effizienzwert bei 44 Prozent liegt – Weltrekord, aufgestellt von einer Dreifachsolarzelle vom National Renewable Energy Laboratory in Zusammenarbeit mit Solar Junction Ende des vergangenen Jahres. Kleiner Wehrmutstropfen: Dieser Wirkungsgrad konnte nur unter konzentriertem Licht erreicht werden.
Durchbruch scheint greifbar
Um noch mehr Effizienz aus den aktuellen Solarmodulen herauszukitzeln ist ein wahrer technologischer Durchbruch nötig. Den erhoffen sich US-Navy-Forscher nun mit Hilfe eines ganz neuen Aufbaus und setzen spezielle Strukturen und neue Halbleitermaterialien ein. Sämtliche Metallschichten der Solarzelle sind an die kristallförmige Struktur eines Indiumphosphid-Substrats angepasst. Mit diesem Design sind direkte Bandlücken von 1,8 Elektrovolt möglich, was eine besonders hohe Ausbeute verspricht, da es den Zellen hiermit möglich ist, relativ viele Lichtteilchen zu absorbieren.
Noch höhere Wirkungsgrade möglich
Zwar steckt diese Art der Multisolarzelle noch in den Kinderschuhen und auch das Gelingen muss sich erst noch bewahrheiten, dennoch wird das zunächst auf drei Jahre ausgerichtete Projekt vom US-Energieministerium finanziert und klingt überaus erfolgversprechend. Sollte nämlich die 50 Prozent-Effizienz-Marke tatsächlich geknackt werden, wäre das ein Meilenstein in der Solarforschung. Theoretisch liegt das erreichbare Maximum bei beinahe 87 Prozent – allerdings wären hierzu unzählig viele Photovoltaik-Schichten nötig.
