US-Forscher nutzen erstmals auch langwellige Photonen

Eines der am häufigsten gebrauchten Worte in der Photovoltaik lautet „Super-Solarzelle“, und es ist wieder einmal so weit: Dieses Mal kommt sie von Forschern der School of Engineering and Applied Science an der George Washington Universität (GW) in den USA – sie haben eine Solarzelle mit fast 45 Prozent Effizienz entwickelt.  „Das ist ein wichtiger Schritt, um ultimative Tandem-Solarzellen zu realisieren“, sagt Matthew Lumb, Projektleiter und Leitautor der Publikation in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“.

Die Super-Zelle integriert mehrere gestapelte Zellen, damit kann nahezu die gesamte Energie im Sonnenspektrum erfasst werden. Laut einer GW-Medienmitteilung hat sie das Potenzial, die effizienteste Solarzelle der Welt zu werden. Der Ansatz unterscheide sich von den Sonnenkollektoren, die auf den Dächern oder auf den Feldern üblich sind, so die Universität. Das neue Gerät verwende konzentrierte Photovoltaik-Module (CPV) mit Linsen, um Sonnenlicht auf winzige, mikroskalige Solarzellen zu konzentrieren. Wegen ihrer geringen Größe – weniger als ein Quadratmillimeter – könnten die Solarzellen, obwohl sie  anspruchsvollere Materialien nutzen, kostengünstig entwickelt werden.

Die gestapelte Zelle wirkt fast wie ein Sieb für Sonnenlicht, wobei die spezialisierten Materialien in jeder Schicht die Energie eines bestimmten Satzes von Wellenlängen absorbieren, so Lumb. Als das Licht auf den Stapel schien, sei knapp die Hälfte der verfügbaren Energie in Strom umgewandelt worden. Im Vergleich dazu verwandle die häufigste Solarzelle heute nur knapp ein Viertel der verfügbaren Energie in Strom.

„Rund 99 Prozent der Stromerzeugung, die bei direkter Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche auftrifft, hat Wellenlängen zwischen 250 und 2.500 Nanometern, aber konventionelle Materialien für hocheffiziente Mehrfach-Solarzellen können nicht den gesamten Spektralbereich erfassen“, so Lumb . „Unsere neues Produkt ist in der Lage, die in den langwelligen Photonen gespeicherte Energie, die in konventionellen Solarzellen verloren geht, zu nutzbar zu machen und bietet somit einen Weg zur Realisierung der ultimativen Mehrfach-Solarzelle.“

Das Nachrichten-Portal pressetext fragte Vera Liebl, Generalsekretärin beim österreichischen Bundesverband Photovoltaic Austria nach der neuen Zelle – die sagte: „Neue Materialien ermöglichen laufend effizientere Anlagen“, und sie fand das Ergebnis „sehr spannend – 44,5 Prozent Gewinn ist viel, normale Solarzellen konvertieren je nach Herstellung 17 bis 19 Prozent.“

Materialien immer billiger

Diese einzelne Solarzelle ist sehr teuer, aber die Forscher glauben, dass es wichtig war, die Obergrenze dessen aufzuzeigen, was in der Effizienz möglich ist. Trotz der Kosten der aktuell bei der Produktion der Zellen verwendeten Materialien seien sie vielverprechend, sagen die Forscher. Schließlich könnte ein ähnliches Produkt auf wesentlich preiswerter den Markt kommen, das durch Kostensenkungen von sehr hohen Solarkonzentrationen und einer Technologie der Wiederverwertung teurer Wachstumssubstrate ermöglicht wird. Für den Durchschnittsverbraucher könnte das Projekt also ebenfalls interessant werden. Denn die Materialien werden laut Liebl immer günstiger. Aber auch bei teuren Anlagen finden sich Käufer: „Weniger Fläche für mehr Effizienz zahlt sich immer aus“, so Liebl. Für Sonderanwendungen, wo es um Platz gehe, spiele Geld nicht immer eine Rolle.

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