Hybrid-Solarzelle mit 44% Wirkungsgrad entwickelt

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle gibt an, welcher Anteil der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird. Dieser Wirkungsgrad wird auch dadurch begrenzt, dass die zur Stromerzeugung verwendeten Halbleiter nur bestimmte Wellenlängen des Lichts nutzen können. Andere Anteile des Spektrums bleiben ungenutzt. Das in den heute üblichen Solarzellen verwendete Silizium nutzt beispielsweise sehr gut das Licht des kurzwelligen (blauen) Anteils des optischen Spektrums, lässt aber die roten Anteile des Sonnenlichts ungenutzt. Die Idee einer Hybrid-Solarzelle besteht darin, mehrere Halbleiter zu verwenden, die unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums in Strom umwandeln können. Durch eine solche Kombination mehrerer Halbleiter gelang es Forschern an der Universität Cambridge, eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 44 Prozent zu realisieren. Solche Solarzellen, die aus mehreren Schichten unterschiedlicher Halbleiter bestehen, werden als Hybrid-Solarzellen oder auch als Tandem-Solarzellen bezeichnet. Diese dürfen nicht verwechselt werden mit Kombinationen aus Photovoltaik- und Solarthermieanlagen, die ebenfalls gelegentlich als Hybrid-Solarzellen beziehungsweise Hybrid-Sonnenkollektoren bezeichnet werden.

Organische Halbleiter

Die in Cambridge entwickelte Solarzelle setzt ausschließlich auf organische Halbleiter und nutzt keine Silizium Kristalle. Damit weist diese Hybrid-Solarzelle neben dem hohen Wirkungsgrad auch alle weiteren Vorteile der organischen Photovoltaik auf. Die dünnen Schichten organischer Halbleiter sind deutlich flexibler einsetzbar, da sie sich durch hohe Elastizität und geringes Gewicht auszeichnen. Darüber hinaus ist die Herstellung deutlich preiswerter und weniger energieintensiv als die Gewinnung von Silizium Kristallen. Die dünnen Schichten tragen darüber hinaus auch zu einer höheren Stromausbeute bei. Die Intensität des eingestrahlten Lichts nimmt im Inneren eines Halbleiters rasch mit der Entfernung von der Oberfläche ab, die Eindringtiefe des Lichts ist nur klein. Aus diesem Grund sind Dünnschichttechnologien deutlich effektiver als massive Kristalle.

Solarstrom zu wettbewerbsfähigen Preisen

Der hohe Wirkungsgrad der Hybrid-Solarzelle trägt nach Auffassung der Entwickler entscheidend dazu bei, Solarstrom bald zu marktfähigen Preisen produzieren zu können. Die perspektivisch günstigen Herstellungskosten seien in diesem Zusammenhang zwar auch relevant, allerdings von vergleichsweise geringerer Bedeutung. Dies liege daran, dass die Kosten für die Solarmodule nur einen vergleichsweise kleinen Teil der Gesamtkosten eines Solarkraftwerks ausmachten. Deutlich stärker schlagen die Arbeitskosten, die Grundstückskosten und die Materialien für die Montage zu Buche. Da die Kosten eines Solarkraftwerks von den Herstellern der Module daher nur in geringem Maße beeinflusst werden können, bestehe die vorrangige Aufgabe in der Steigerung des Wirkungsgrades. Ob diese Rechnung aufgeht, dürfte allerdings auch entscheidend davon abhängen, ob die Arbeits- und Grundstückskosten im Allgäu oder in der Sahara zugrunde gelegt werden.

Bildquelle: CC BY-SA 3.0 Peter Hertzog

Kommentare

Bild des Benutzers Herr Dipl. Ing. Armin Tinnes
Sehr geehrte Damen und Herren, neben der Leistungsfähigkeit Ihrer Hybridzellen würde ich gerne erfahren: die thermale Belastbarkeit nebst Haltbarkeitsperspektiven im Hinblick auch auf thermale Anbindung im kombinativen Sinne freundlichst A. Tinnes

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