Deutsche Forschern gelingt ein Wirkungsgradsprung bei Photovoltaikzellen

Silizium-Solarzellen gelten nicht gerade als Technologie der Zukunft, was vor allem an ihrem geringen Wirkungsgrad liegt. Nur etwa 20 Prozent der Energie, die in Form von Sonnenstrahlen auf die Fläche der Solarzellen trifft, wird auch in Strom umgewandelt. Deutschen Forschern gelang es nun, den Wirkungsgrad erheblich anzuheben.

Günstige Wirkungsgraderhöhung macht die Zellen konkurrenzfähig

Der Wirkungsgrad der besten verfügbaren Silizium-Solarzellen liegt bei etwa 23 Prozent. Limitierende Faktoren sind dabei etwa die unterschiedlichen Farbspektren des Lichts, die von den Solarzellen nicht allesamt optimal umgewandelt werden können. Auch bei der Stromweiterleitung über Kontakte entsteht ein Verlust.

Die ideale Solarzelle hat nicht nur einen hohen Wirkungsgrad, sondern ist auch noch günstig in der Herstellung. Wissenschaftler weltweit arbeiten daran, den Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen zu verbessern, und wenn es nur ein paar Prozent sind. An der Leibniz Universität Hannover ist es einer Gruppe Forschern nun gelungen, den Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen auf 26 Prozent zu erhöhen. Nach einem großen Sprung klingt das nicht – dennoch ist es beachtlich. „Große Sprünge sind beim Wirkungsgrad nicht mehr zu erwarten. Ein paar Prozente sind ein großer Schritt und schon sensationell„, so Projektleiter Tobias Wietler.

Der Sprung gelang bisher aber lediglich im Labor, und zwar durch Arbeit an den Leiterkontakten. Mit unterschiedlichen Silizium-Schichten gelang es, den Verlust an den Kontakten deutlich zu reduzieren. Damit haben die Forscher an einer wesentlichen Schwachstelle von Silizium-Solarzellen angesetzt. Die Ladungsträger werden durch das Silizium der Zellen erzeugt und dann über Metallkontakte weitergeleitet. Dieser Übergang von Silizium zu Metall ist für wesentliche Energieverluste verantwortlich.

Mit einer isolierenden Zwischenschicht haben die Wissenschaftler des Instituts für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE) an der Leibniz Universität Hannover in Zusammenarbeit mit dem Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH) eine nahezu verlustfreie Übertragung erreicht. Und das beste: Der Prozess macht die Solarzellen nur unwesentlich teurer als vorher.

Alternative Zelltechnologien sind die Zukunft

Der Rekord im Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen liegt derzeit bei 46 Prozent und wurde von einem deutsch-französischen Entwicklerteam erreicht. Allerdings kamen dabei teure Germanium-Substrate zum Einsatz – die so modifizierten Zellen könnten auf dem freien Markt nicht bestehen.

Mittel- bis langfristig werden die Silizium-Solarzellen aber von anderen Technologien ersetzt werden müssen. Forscherteams weltweit arbeiten an Alternativen Zelltechnologien wie Quantenpunkt- und organische Solarzellen. In Zukunft sollen mit Zellen, die günstiger als die Siliziumzellen sind, Wirkungsgrade von 40 Prozent und mehr erreicht werden.