Solarzelle erreicht fast theoretischen Maximalwirkungsgrad

23. Mai 2016, 21:50 Uhr
Dr. Mark Keevers mit einem vierschichtigen, spektralteilenden Modul. Quelle: UNSW
Dr. Mark Keevers mit einem vierschichtigen, spektralteilenden Modul. Quelle: UNSW
Experten sagten für 2050 das Erreichen eines Wirkungsgrades von 35% voraus. Es kam anders: Forschern der UNSW (University of New South Wales) aus Australien gelang das jetzt schon nahezu. Mit einer spektralen Aufsplittung des Sonnenlichts und frequenzoptimalen Halbleiterschichten erreichten sie immerhin 34,5% bei einer 28 cm² messenden Solarzelle.

Die Forscher um Mark Keevers und Martin Green an der UNSW schafften, was man kaum für möglich halten sollte: Der alte amerikanische Rekord von 24% wurde damit ungewöhnlich deutlich um fast 44% übertroffen. Dabei sind Rekorde für nicht konzentriertes Sonnenlicht gemeint, denn bei Konzentratormodulen halten die Forscher sowieso schon den Rekord. Die Frage ist, wie es möglich ist, mit existenter Technik so nahe an den theoretisch möglichen Maximalwirkungsgrad von Silizium von 41% heranzukommen. Ganz so einfach war es nicht. Die Rekordzelle der UNSW unterscheidet sich nämlich im Aufbau ganz erheblich von konventionellen Solarzellen.
 
Aufbau der spektral selektiven Solarzelle: Quelle: UNSW
Aufbau der spektral selektiven Solarzelle. Quelle: UNSW
 
Der Rekord wurde mit einer speziellen Solarzelle erreicht, die einen vierschichtigen Aufbau aufweist. Dabei sind die unterschiedlichen Schichten jeweils nur für einen engeren spektralen Bereich des Sonnenlichts wirklich empfindlich und wandeln die Energie dieses Lichts besonders effizient in elektrische Energie. Typisch für solche Mehrschichtzellen ist, dass die Schichten übereinander angebracht sind, wobei die einzelnen Schichten das nicht genutzte Spektrum einfach zur nächsten Schicht durchlassen.
Die Rekordzelle verfügt über eine Grundfläche mit dreischichtigem Aufbau, die für die Farben blau, grün und rot zuständig sind. Das Besondere an der Rekordzelle ist aber, dass vor diese drei Schichten ein selektiver Reflektor geschaltet ist, der das eher gelbe Spektrum des Sonnenlichts auf eine seitlich angebrachte Siliziumschicht zur Energiekonversion schickt. Das Gebilde ist daher zwar leider nicht flach und wäre daher aufwendig in der Fertigung, doch immerhin konnte damit der praktisch mögliche Wirkungsgrad auf ein Niveau gehoben werden, das bislang undenkbar schien.
 
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