Solarzellen mit Rekordwirkungsgrad
Eine Schwachstelle der herkömmlichen Silizium-Solarzellen ist ihr vergleichsweise geringer WirkungsgradVerhältnis zwischen Eins und Ertrag (nutzbare zu aufgewendeter Energie).
Man unterscheidet
- Feuerungswirkungsgrad
- Normnutzungsgrad
- Jahresnutzungsgrad
- Leistungszahl
Wirkungsgrad bei Wärmepumpen: punktuell bestimmtes Maß für die tatsächlich aufgewendete Energie. Meist geschieht dies im optimalen Betriebszustand und daher liegt der Wirkungsgrad normalerweise über dem Nutzungsgrad. . So kann man damit durchschnittlich nur 10 bis 15% der einfallenden Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln, während der Rest verloren geht. Die Wissenschaftler weltweit versuchen deshalb Lösungen für eine effizientere Nutzung der Sonnenenergie zu entwickeln. Als besonders erfolgsversprechend haben sich dabei die Mehrfachsolarzellen erwiesen.
Eine Mehrfachsolarzelle entsteht, wenn man zwei oder mehrere qualitativ hochwertige Solarzellen aus verschiedenen Materialien übereinander stapelt. Diese Anordnung ermöglicht effizientere Nutzung des Sonnenlichts und die Erreichung von höheren Wirkungsgraden. Den absoluten Weltrekord mit einer Umwandlung von über 40% hält derzeit die Dreifachsolarzelle von Dr. Frank Dimroth, die am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg entwickelt wurde. Obwohl eine Mehrfachzelle bis zu 50 Einzelschichten haben kann, sieht man ihr das letztendlich nicht an. Die Wissenschaftler erreichen dies, indem sie die Teilsolarzellen auf einem Germanium- Substrat schrittweise übereinander abscheiden.
Problematisch war bisher die teure Herstellung von Mehrfachsolarzellen. Aus diesem Grund fanden sie keine Verbreitung im alltäglichen Leben, sehr wohl jedoch im Weltall, wo sie die meisten Satelliten mit Energie versorgen. Nun haben die Forscher einen Weg gefunden, wie man die Halbleiterfläche und somit die Kosten reduzieren kann. Dafür setzen sie in einem Abstand von ca. 10 cm über der Solarzelle eine verstärkende Linse ein, die das Sonnenlicht bündelt. Dabei wird z.B. in der Dreifachsolarzelle von Dr. Dimroth ein Faktor von 400 bis 500 erreicht. Dank dieser Methode konnte die Fläche der Solarzelle auf 3 qmm reduziert werden. Wichtig ist bei diesen Werten allerdings, dass die Zellen nicht überhitzen. Dies wird mit Hilfe eines Kupferträgers erreicht, auf dem die Solarzellen angebracht werden, dieser sorgt für die gute Verteilung der Wärme.
Zur Herstellung der Dreifachzelle mit dem Rekordwirkungsgrad wurden Gallium-Indium-Phosphid, Gallium-Indium-Arsenid und Germanium verwendet. Das Sonnenlicht wird bei so einer Struktur in drei Farbbereiche zerlegt, wobei jeder Bereich von einer bestimmten Teilzelle besonders effizient absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Mit einer herkömmlichen Solarzelle wäre dies nicht möglich.
Die Mehrfachsolarzellen werden in Solarkraftwerken in Regionen mit viel direktem Sonnenlicht eingesetzt. Das Ziel des Fraunhofer ISE ist es, die Mehrfachzellen und somit die Photovoltaik allgemein so schnell wie möglich konkurrenzfähig gegenüber den konventionellen Verfahren der Stromerzeugung zu machen. Die hohen Wirkungsgrade sind dazu eine gute Voraussetzung. Auch die Kooperation mit den Firmen Azur Space Solar Power und Concentrix Solar GmbH soll eine effektive Vermarktung ermöglichen. Nach Angaben der Fraunhofer-Gesellschaft will AZUR Space Solar Power die neuen Solarzellen bereits 2011 auf den Markt bringen.
Quellen:
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010/05/Hoechst-dotierter-franzoesischer-Wissenschaftspreis.jsp
http://www.fraunhofer.de/presse/presseinformationen/2010/05/mehrfachsolarzellen.jsp