Effizienter Sonnenstrom
Die neue Weltrekordsolarzelle aus Gallium-, Indium-und Germaniumverbindungen ist nur 5 Quadratmillimeter gross. (Bild: Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme, ISE)
Die Wüsten der Erde empfangen während 5 bis 6 Stunden Sonnenschein so viel Energie, wie die ganze Menschheit in einem Jahr verbraucht. Solarzellen könnten also die Lösung zu unserem Energieproblem sein. Doch die Effizienz der bisherigen Solarzellen lässt zu wünschen übrig. Forscher des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme ist jetzt der Durchbruch in Sachen Effizienz gelungen.
Der Energiebedarf der Weltbevölkerung steigt in riesigem Tempo. China versucht den riesigen Durst nach Energie mit Kohle- und Atomkraftwerken und der Erschliessung neuer Erdölquellen zu lösen. Allerdings belasten radioaktive Abfälle und die bei der Energiegewinnung mit Erdöl und Kohle entstehenden Abgase die Umwelt.
Ein weiteres Problem: Erdöl, Kohle und Uran gibt es nur im begrenzten Masse, während Sonnenenergie noch Millionen Jahre verfügbar sein wird. Doch noch können wir die Sonnenenergie nicht ausreichend effizient nutzen. Einerseits verbraucht die Fertigung der heute üblichen Solarzellen aus Silizium sehr viel Energie. Andererseits wandeln die Solarzellen nur etwa 10% der Sonnensenergie in Strom um. Der Rest wird reflektiert oder in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben.
Neuer Effizienzrekord
Forschern des Fraunhoferinstituts in Deutschland ist es nun gelungen neue Solarzellen zu bauen, die 40% der Sonnenstrahlen in Strom umwandeln. Ein Rekord! Die neue Technologie benötigt kein Silizium mehr. Stattdessen werden Verbindungen aus Germanium und Gallium verwendet.
Um diese Effizienz zu erreichen, haben die Forscher drei Solarzellen übereinander gelegt. Insgesamt besteht die Solarzelle nun aus 20 Schichten. Mit dieser Technik kann viel mehr Sonnenenergie aufgenommen werden. Die Spezialisten haben aber noch mehr geändert: Die Struktur der Schicht aus Gallium-, Indium-, und Germanium-Verbindungen als auch die Qualität der verwendeten Materialen wurden verbessert, genau wie die Metallkontakte und die Antireflexschichten.
Weniger Reflektion, mehr Energie
Die Antireflexschichten sind ein wichtiges Element der Solarzellen. Weil reflektierte Sonnenstrahlenverloren gehen, können sie nicht genutzt werden. Der neue, spezielle Aufbau ermöglicht es, die Reflektion von Licht zu vermindern und so fast das gesamte Spektrum des Sonnenlichts optimal zur Energieerzeugung zu nutzen.
Die Vorläufer der neuen Solarzellen wurden ursprünglich für den Weltraum entwickelt. Deshalb sind auch die meisten Satelliten im All mit ihnen ausgerüstet. Sie liefern den Strom, den die Satelliten benötigen. Ihre Effizienz liegt immerhin bei 25%. Im grössten Solarkraftwerk in Europa, das 2008 gebaut wurde, kommen die Solarzellen aus dem All zum Einsatz. Die neuen, weiter verbesserten Solarzellen aus dem Fraunhoferinstitut mit einer Effizienz von 40% werden allerdings erst in einigen Jahren in grösseren Mengen herstellbar und einsatzbereit sein.
Quellen:
Redaktion simplyscience.ch
Pressemitteilung „Mehrfachsolarzellen“ des Fraunhoferinstituts