Hybrid-Solarzelle mit Wirkungsgrad von 44 Prozent entwickelt

PV

Die Kosten der Photovoltaik sinken immer weiter. Niedrige Produktionskosten, vor allem durch das Rolle-zu-Rolle Druckverfahren bei organischen und Hybrid-Solarzellen, verbilligen Solarmodule immer mehr. Die Wettbewerbsfähigkeit leidet aber trotzdem, denn ein Großteil der Kosten wird für Installationsmaterial, Arbeitskraft und Grundstücke fällig. Selbst, wenn der Preis für Solarmodule noch weiter in den Keller sinkt, steigert das nicht unbedingt ihre Wettbewerbsfähigkeit. Das große Manko der Solartechnik ist nämlich nach wie vor der geringe Wirkungsgrad. Ihn zu steigern könnte einen großen Schritt für die Solarindustrie bedeuten, um endlich mit herkömmlichen Verfahren zur Stromerzeugung konkurrieren zu können.

Dem Wirkungsgrad von Solarzellen ist, je nach Halbleitermaterial und -kombination, mit natürlichen Grenzen ausgestattet. Unterschiedliche Verlustmechanismen sorgen dafür, dass nicht die gesamte Strahlungsenergie des Sonnenlichts ausgenutzt werden kann, da nur bestimmte Spektralbereiche abgedeckt sind. Nicht alle Photonen verfügen also über genügend Energie, um Ladungsträger zu aktivieren. Hinzu kommt, dass ein gewisser Teil der Energie in Wärme umgewandelt wird und nicht in elektrische Energie. Diese Verluste sind vom verwendeten Material vorgegeben, können also aus rein physikalischen Gründen schon nicht weiter optimiert werden. Bei kristallinem Silizium liegt diese „natürliche“ Grenze beispielsweise bei einem theoretischen Maximalwirkungsgrad von 28 Prozent. Mehr als 95 Prozent der auf der Welt produzierten Solarzellen werden mit dem Halbleitermaterial Silizium verarbeitet. Silizium gilt als umweltverträgliches Material und kommt in ausreichender Menge in der Erdrinde vor.

Forschern des Cavendish-Labors der Universität Camebridge ist es nun gelungen, eine Photovoltaikzelle mit einem Wirkungsgrad von bis zu 44 Prozent zu entwickeln. Diese Hybrid-Photovoltaik-Zelle nutzt ein wesentlich größere Spektrum des Sonnenlichts, als Zellen auf reiner Silizium Basis. Die Forscher bedienten sich zur Steigerung der Sonnenlichtabsorption eines zusätzlichen, organischen Halbleiters – Pentacen, ein polycyclisch aromatischer Kohlenwasserstoff. Durch diesen zusätzlichen Halbleiter kann nicht nur rotes und blaues Licht absorbiert, sondern gleichzeitig zwei Elektronen jedes Photons aus dem blauen Licht aufgenommen und so der Wirkungsgrad erheblich gesteigert werden.

Judith Schomaker

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