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Solarenergieforschung: Solarzellen der nächsten Generation
Gestapelte Solarzelle absorbiert beinahe gesamtes Spektrum des Sonnenlichts

Ein Team von Wissenschaftlern der George Washington University hat unter Federführung von Matthew Lumb einen Prototyp für eine neue Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 44,5 Prozent entwickelt. Diese besteht aus mehreren gestapelten Zellen und ist in der Lage, fast die gesamte Energie des Sonnenspektrums zu verwerten. Damit besitzt sie das Potenzial, zur effizientesten Solarzelle der Welt zu werden.

Gestapelte Solarzelle

Herkömmliche Solarzellen transformieren heutzutage 25 Prozent der direkten Sonneneinstrahlung zu Strom. Sie sind außerstande, längere Wellenlänge des Sonnenlichts in Elektrizität umzuwandeln. Ganz im Gegensatz zur neu entwickelten Technologie. Die aus mehreren Schichten bestehenden Solarzellen sind in der Lage, beinah das vollständige Lichtspektrum zu verwenden und umzusetzen.

Mit Konzentrator-Photovoltaik-Technik zu mehr Effizienz

Der Ansatz der Entwicklung der Prototypen unterscheidet sich von den installierten PV-Modulen, die auf Dächern und Feldern zu sehen sind. Die Wissenschaftler verwenden hierbei Konzentrator-Photovoltaik-Module (CPV), die das eingehende Sonnenlicht mithilfe einer Linse auf winzigen, mikroskaligen Solarzellen bündeln.

Aufgrund ihrer geringen Größe von weniger als einem Quadratmillimeter ist es möglich, mehrere Schichten innerhalb einer einzelnen photovoltaischen Zelle zu stapeln. Wobei jede einzelne Zelle die Energie eines bestimmten Satzes von Wellenlängen des solaren Spektrums absorbiert. Die gestapelte PV-Zelle wirkt somit wie eine Art Sieb für das Sonnenlicht. Lumb und sein Team nutzen den Transferdruck, um die verschiedenen Materialien mit hoher Präzision sowie höchstmöglicher Energieeffizienz zu montieren.

Bei der Herstellung der Solarzelle verwenden die Entwickler zwei unterschiedliche Materialien. Die oberen Schichten bestehen aus Galliumarsenid (GaAs). Diese vergleichsweise konventionellen PV-Substrate fangen hauptsächlich die kürzeren eingehenden Wellenlängen ein und konvertieren diese im Anschluss. Für die unteren Schichten nutzen die Forscher Zellen aus Galliumantimonid (GaSb). Dieser eignet sich für die Aufnahme von längeren Wellen des Lichtspektrums.

Matthew Lumb beschreibt in einer kürzlich veröffentlichten Studie, dass bei Tests knapp die Hälfte (44,5 Prozent) der verfügbaren Energie des einfallenden Lichts in Strom umgewandelt worden sei.

Enormes Potenzial für Weltmarkt trotz hoher Materialkosten

Angesichts der zur Herstellung verwendeten Materialien sind die neuartigen PV-Zellen relativ teuer. Die amerikanischen Wissenschaftler sind dennoch vom Potenzial ihrer Entwicklung überzeugt. Es gehe darum, zu zeigen, welche Effizienz im Solarbereich möglich sei.

Der Anteil der Solarenergie an der weltweiten Energieversorgung steigt kontinuierlich. Alternative Energien werden immer billiger und gleichzeitig beliebter bei den Verbrauchern. Die Technologie bilde eine Basis für weitere Forschungsarbeiten. Die Entwickler glauben daran, dass der technologische Fortschritt dazu beiträgt, die Herstellungskosten der Solarzelle zu senken.

 

Bild Mitte rechts: Die neue gestapelte Solarzelle fungiert als Sieb für eingehendes Sonnenlicht (Foto: Matthew Lumb/newswise.com)

Bild unten links: Matthew Lumb forscht an einer effizienteren Solarzelle (Foto: Logan Werlinger/GW Today)

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