Wirkungsgrad von Solarzellen - Neuer Weltrekord aufgestellt

23 Okt 2013
Neuste Solarzellen zeigen einen markant höheren Wirkungsgrad. Neuste Solarzellen zeigen einen markant höheren Wirkungsgrad.

Solarzellen setzen Lichtenergie zehnfach so effizient um wie ihre natürlichen Vorbilder, die Pflanzenzellen. Nach Abzug aller Energieverluste erzielen Photovoltaikanlagen einen Wirkungsgrad von zehn Prozent. Der Wirkungsgrad zeigt, wie viel Sonnenlicht tatsächlich in elektrischen Gleichstrom umgewandelt wird.

Das Material bestimmt den Wirkungsgrad einer Solarzelle. Monokristalline Zellen, welche häufig zum Einsatz kommen, können einen Wirkungsgrad von bis zu 19,5 Prozent erreichen. Polykristalline Zellen erreichen maximal 16 Prozent, da sich bei der Herstellung Verunreinigungen ablagern können. Durch die energieaufwändige Herstellung und die lange Produktionszeit sind monokristalline Module jedoch teurer. Kristalline Silizium-Zellen sind in rund 80 Prozent der verkauften Panels zu finden.

Die Alternative dazu sind Dünnschicht-Solarzellen. Für diese Zellen wird Silizium auf Glas oder Substratmaterial aufgedampft. Obwohl die Produktionskosten gering sind, können die Dünnschicht-Zellen wegen ihres durchschnittlich niedrigeren Wirkungsgrads und ihrer kurzen Lebensdauer im Allgemeinen nicht überzeugen. Allerdings wurden auch mit Dünnschicht-Solarzellen bereits Wirkungsgrade von knapp 19 Prozent erreicht.

Die neuesten Entwicklungen im Bereich Solarzellen zeigen erfreuliches: Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat gemeinsam mit Soitec, CEA-Leti und dem Helmholtz Zentrum Berlin eine Solarzelle entwickelt, die fast dreihundert Mal so stark konzentriert ist wie das Sonnenlicht. Die entwickelte Solarzelle erzielt einen Wirkungsgrad von 44,7 Prozent! Damit hat das Forscherteam einen Weltrekord für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom aufgestellt. Die gelungene Entwicklung ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer weiteren Kostensenkung für Solarstrom.

 

"Neben verbessertem Material und optimierter Struktur spielt vor allem ein neues Verfahren, das Wafer-Bonden, eine zentrale Rolle. Mit diesem Verfahren verbinden wir zwei Halbleiterkristalle miteinander, die aufgrund unterschiedlicher Kristallgitter nicht aufeinander passen. So können wir die optimale Halbleiterkombination für höchsteffiziente Solarzellen herstellen."

Dr. Frank Dimroth (Abteilungs- und Projektleiter am Fraunhofer ISE)

 

Normalerweise werden solche Solarzellen in der Konzentrator-Photovoltaik (CPV) verwendet. Dank dieser Technologie können an sonnenreichen Standorten doppelt so hohe Wirkungsgrade wie mit konventionellen Solarkraftwerken erzielt werden. Ursprünglich in der Weltraumtechnologie eingesetzt, hat sich die Verwendung von Mehrfachsolarzellen in Photovoltaikanlagen durchgesetzt. Bei Mehrfachsolarzellen werden mehrere Zellen übereinander gestapelt. Die einzelnen Zellen bestehen aus verschiedenen III-V-Halbleitermaterialien und absorbieren unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts.

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