Wirkungsgrad: Forscher knacken Weltrekord bei Solar

Wirkungsgrad: Forscher knacken Weltrekord bei Solar

von Wolfgang Kempkens

Deutsche Forscher haben die Solarzelle mit dem weltweit höchsten Wirkungsgrad entwickelt. Sie wäre perfekt für Wüstengebiete geeignet.

Fast ein halbes Jahr lang hatte der Weltrekord des Heilbronner Spezialunternehmens Azur Space Solar Power Bestand. Mit einem Wirkungsgrad von 43,3 Prozent bei einer Konzentrator-Solarzelle löste er im Dezember 2012 das Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ab. Das schlug jetzt zurück. Dessen neue Zelle erreicht 43,6 Prozent.

Eicke Weber, der Leiter des ISE, ist sicher, dass seine Forscher auch die 50-Prozent-Marke knacken. Dazu müssen die komplexen Verfahren zur Herstellung der Module, die aus mehr als 30 elektrooptisch aktiven Schichten bestehen, weiter optimiert werden.

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Schon jetzt haben die ISE-Wissenschaftler gemeinsam mit der ebenfalls in Freiburg ansässigen einstigen Concentrix Solar, die aus dem ISE hervorgegangen ist und seit 2009 zur französischen Soitec gehört, eine materialtechnische Meisterleistung abgeliefert. Es ist ihnen gelungen, Werkstoffe miteinander zu kombinieren, die sich eigentlich nicht miteinander vertragen.

Dazu war rohe Gewalt nötig, Fachleute nennen es Wafer Bonding. Die Hälften der späteren Solarzelle wird auf zwei Wafern aufgebaut. Dazu beschichten die Forscher die Unterlage mit zahlreichen unterschiedlichen Werkstoffen, deren Kombination unter Lichteinfluss Strom fließen lassen. Anschließend werden die beschichteten Seiten der Wafer aufeinander gepresst, sodass sie sich miteinander verbinden. Wichtig ist, dass das Sandwich transparent bleibt, damit die Sonnenstrahlen Elektronen in allen Schichten mobilisieren können.

Anwendungen in der WüsteDas Wafer Bonding ist eine Spezialität von Soitec und dessen Entwicklungspartner CEA Leti, einer Großforschungseinrichtung im französischen Grenoble. Für den Aufbau der Schichten  war das ISE zuständig.

Anders als konventionelle Solarzellen, die meist aus Silizium hergestellt werden, besteht der Rekordhalter aus Freiburg aus Verbindungen so genannter III-V-Halbleiter. Das sind Elemente aus der dritten und fünften Gruppe des Periodensystem der Elemente. Dazu gehören unter anderem Gallium, Arsen, Indium und Phosphor.

Auf die Zellen, die nur fingernagelgroß sind, wird 500-fach konzentriertes Sonnenlicht geworfen. Dafür sorgen so genannte Fresnelllinsen, bei anderen Konstruktionen sind es Hohlspiegel. Diese Konzentrator-Solarzellen funktionieren nur bei absolut klarem Wetter. Leichter Dunst reicht schon, um die Stromproduktion zu stoppen.

Geeignete Standorte  sind beispielsweise die Sahara und andere Wüstenregionen. Beim fast vergessenen europäischen Projekt Desertec sollten diese Zellen eine wichtige Rolle spielen. Desertec sah den Aufbau gewaltiger Solarstromkapazitäten in den afrikanischen Mittelmeerländern vor. Damit sollte Europa umweltverträglich versorgt werden.

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