Die meisten Solarzellen sind aus Silizium. Dieses Material kann nur Licht in Strom umwandeln. Bei Wärmestrahlen, die die Sonne ebenfalls aussendet, muss dieser Halbleiter passen, schlimmer noch: Je wärmer er wird, desto geringer ist der Wirkungsgrad.
Das wollten die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in Freiburg (ISE) nicht länger akzeptieren. Sie entwickelten eine Solarzelle, die sowohl Licht als auch Wärme in Strom umwandelt. Der Wirkungsgrad erhöht sich dadurch immerhin um bis zu zehn Prozentpunkte.
Die neuartige Zelle besteht aus zwei Schichten. Die der Sonne zugewandte Seite aus Silizium produziert Strom aus Licht, wie üblich. Die Wärmestrahlen dringen durch bis in die zweite Schicht, einen so genannten Hochkonverter, der Infrarotstrahlung in nutzbares Licht umwandeln kann. Der Hochkonverter besteht aus einem Kunststofffilm, in den Partikel eingebettet sind, die im Wesentlichen aus Natrium-Yttrium-Fluorid bestehen.
Einen Teil der Fluoratome haben die Forscher allerdings durch das Licht erzeugende Erbium ersetzt, ein Metall, das zu den Seltenen Erden gehört. Die Infrarotstrahlen der Sonne geben ihre Energie an Erbium-Atome ab, die prompt zu leuchten beginnen und die Solarzellen von hinten bestrahlen, sodass diese zusätzlichen Strom erzeugt.
Positiver Nebeneffekt: Das Silizium wird nicht so stark aufgeheizt, sodass der Wirkungsgradverlust geringer ausfällt.
Kosten noch ungewiss
Damit es funktioniert, mussten die Freiburger allerdings das Design der Siliziumzellen ändern. Normalerweise sind sie rückseitig mit einer Metallschicht bedampft, die kein Licht durchlässt. Diese Schicht ist nötig, um den erzeugten Strom abzuleiten. Statt einer kompletten Schicht tragen die neuen Zellen auf ihrer Rückseite ein Metallgitter, das für das Licht der Erbium-Atome genügend Platz lässt.
Damit das einfallende und erzeugte Licht komplett genutzt wird, sind Vorder- und Rückseite des Siliziums entspiegelt. An der Entwicklung dieser Zelle haben Forscherkollegen der Universität Bern und der Heriot-Watt University in Edinburgh mitgearbeitet.
Wie teuer die Neuentwicklung allerdings im Praxiseinsatz wäre, ist noch nicht klar. Wenn die ISE-Technik aber keine weiteren Kosten bei der Produktion der Solarzelle verursacht, würde die Photovoltaik damit wieder ein Stück günstiger. Schon jetzt produzieren neu gebaute Solarparks in Deutschland im besten Fall Strom für 7,8 Cent pro Kilowattstunde.
