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Silizium-Solarzellen: Neuer Effizienz-Rekord aufgestellt – SPIEGEL ONLINE

March 20, 2017


So effizient hat bislang keine Silizium-Solarzelle gearbeitet: Mit einem Wirkungsgrad von 26,3 Prozent nähert sich das in Japan entwickelte Panel der theoretischen Grenze für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Dieses Limit wurde für Silizium-Solarzellen auf rund 29 Prozent berechnet.

Der Wirkungsgrad ließ sich sogar noch steigern, wie das Team um Kunta Yoshikawa von der Kaneka Corporation in Osaka im Fachmagazin “Nature Energy” schreibt. Gemessen wurde er vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg.

“Die Verbesserung der Lichtumwandlung von Solarzellen ist entscheidend für den weiteren Einsatz von erneuerbarer Energie”, schreiben die Wissenschaftler. Nach verschiedenen Prognosen könnte die Photovoltaik im Jahr 2050 etwa 20 Prozent der weltweit benötigten Elektrizität liefern.

Lichtreflexion gesenkt

Vor allem japanische Forscher loten derzeit aus, wie weit man diese Technologie vorantreiben kann: Auch der bisherige Rekordhalter unter den Silizium-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 25,6 Prozent kam 2014 aus dem fernöstlichen Land.

Yoshikawa und Kollegen verwenden bei ihrem Herstellungsverfahren zunächst eine kristalline Silizium-Scheibe, die nur 165 Mikrometer (Tausendstel Millimeter) dick ist. Deren Oberfläche wird durch Ätzen strukturiert, um die Reflexion von Licht zu minimieren. Dann werden Vorder- und Rückseite mit sogenanntem amorphem Silizium beschichtet.

In dieser Form bilden die Atome des Halbmetalls eine unregelmäßige Struktur, während sie in kristallinem Silizium in ein strenges Kristallgitter eingebunden sind. Die Kombination aus kristallinem und amorphem Silizium verringert den Verlust an Ladungsträgern.





AP

Solarmodulherstellung in China

Auf der sonnenzugewandten Seite wird noch eine Anti-Reflexionsschicht aufgebracht. Auf der Rückseite folgen im Aufbau sehr feine Streifen von amorphem Silizium, in die unterschiedliche Fremdatome eingebracht wurden – die sogenannte Dotierung.

Dadurch entstehen die für die Stromerzeugung notwendigen Bereiche zwischen positiver (p) und negativer (n) Dotierung. Die Elektroden, die den Strom aufnehmen, sind linienförmig an die Streifen aus p-dotiertem und n-dotiertem Silizium angepasst.

Effizient heißt nicht zwingend kostengünstig

Ob die im Labor entwickelte Rekordzelle eines Tages tatsächlich in großen Mengen auf Dächern oder in Solarparks zu finden ist, hängt in erster Linie von den Herstellungskosten ab. Eine besonders hohe Effizienz bei der Umwandlung von Licht in Strom bedeutet nämlich nicht automatisch, dass eine Solarzelle auch wirtschaftlich ist.

Entscheidend ist letztlich der Preis pro Kilowattstunde Solarstrom, der sich aus Herstellungskosten, Effizienz, Lebensdauer, Sonnenwinkel, Sonnenscheinstunden und weiteren Faktoren ergibt.

Solarpanels aus Silizium gibt es in verschiedenen Ausführungen: als monokristalline oder polykristalline Version und auch als sogenanntes Dünnschichtmodul. Diese Module unterscheiden sich im Wirkungsgrad und in den Produktionskosten.

Wer ausreichend große Flächen zur Verfügung hat, für den kann es beispielsweise wirtschaftlicher sein, billige, dafür aber weniger effiziente Dünnschichtmodule einzusetzen. Wenn jedoch jedes Gramm Gewicht zählt, etwa bei Raumschiffen oder Solarflugzeugen, kann eine besonders hohe Effizienz entscheidend sein.

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