Die physikalische Grenze für den Wirkungsgrad herkömmlicher Silizium-Solarmodule liegt bei 29,4 Prozent. Dem Fraunhofer ISE ist es nun gelungen, diesen Wert mit einem neuartigen Modul-Prototyp auf Basis gestapelter Schichten deutlich zu überschreiten und eine Effizienz von 34,2 Prozent nachzuweisen.
Projektleiterin Dr. Laura Stevens und Projektmitarbeiter Leonhard Böck mit dem Rekord-Modul. Foto: © Fraunhofer ISE / Foto: Jacob Forster
Dieser Spitzenwert wurde mit einer Variante auf Germanium-Basis erzielt, während ein zweites, kostengünstigeres Modul auf Silizium-Basis eine Effizienz von 31,3 Prozent erreichte. Zum Vergleich: Handelsübliche Standardmodule kommen heute auf rund 24 Prozent. Dass diese Werte auf Modulebene und nicht nur an winzigen Laborzellen gemessen wurden, ist entscheidend für die Praxis. Während reine Zell-Rekorde oft unter Idealbedingungen entstehen und wenig über die Alltagstauglichkeit aussagen, belegen diese Protoyp-Ergebnisse, dass die Technologie auch im größeren Maßstab stabil funktioniert.
Das Prinzip dahinter: Das Modul besteht aus mehreren übereinandergestapelten Schichten, ein besserer Lichtfänger, der in mehreren Lagen unterschiedliche Teilchen zurückhält. Jede Schicht fängt einen anderen Teil des Sonnenlichts ein. Normales Silizium kann nur einen Bruchteil des Spektrums nutzen. Das Mehrschicht-Modul hingegen schöpft deutlich mehr aus und überschreitet damit die bisherige Grenze von 29,4 Prozent, die für einfache Siliziummodule gilt. Das Fraunhofer ISE setzt dabei auf zwei Varianten. Das Germanium-Modul erzielt einen höheren Wirkungsgrad, ist aber teurer in der Herstellung. Das Silizium-Modul ist günstiger und nutzt Verfahren, die in der Solarindustrie bereits etabliert sind. Beide Varianten könnten in die Massenproduktion gehen.
Das Institut sieht den Zielmarkt in der Lücke zwischen günstigen Standardmodulen, wie sie auf Einfamilienhäusern zum Einsatz kommen, und den extrem teuren Hochleistungszellen der Raumfahrt. Gebäudefassaden, Elektrofahrzeuge, Industriedächer: Überall dort, wo Platz begrenzt ist und jedes zusätzliche Prozent Wirkungsgrad zählt. Bis zur Massenanfertigung dahin bleibt jedoch noch viel Arbeit. Die Module müssen beweisen, dass sie Jahrzehnte unter realen Bedingungen standhalten: Hitze im Sommer, Frost im Winter und Dauerregen. Zudem muss die Produktion vom Labor in die Fabrik überführt werden. Den Markt verändert der Rekord noch nicht direkt. Die Lücke zwischen Prototyp und serienreifem Produkt ist groß. Doch was bemerkenswert ist: Die bisherigen Effizienzgrenzen der Photovoltaik sind keine unverrückbaren Naturgesetze. Mit Innovationskraft lässt sich das Potenzial der Sonne noch deutlich effizienter ausschöpfen.
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