Alternative Energien: Beschichtung treibt Solarzellen zu Höchstleistungen

Von Ralph Diermann

Photovoltaikforscher haben einen Überzug entwickelt, mit dem herkömmliche Solarmodule deutlich mehr Strom erzeugen können. Dabei ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Grundgesetz der Physik zu umgehen.

Photovoltaikanlage (in Niederbayern, Februar 2012): "Wunder gibt es leider nur selten" Zur Großansicht
DPA

Photovoltaikanlage (in Niederbayern, Februar 2012): "Wunder gibt es leider nur selten"

In der Photovoltaik stammen die bahnbrechenden Erfindungen oft aus Städten, in denen sich die Sonne besonders häufig zeigt - aus Freiburg, Sydney oder Denver zum Beispiel, wo renommierte Forschungsinstitute angesiedelt sind. Doch der nächste große Fortschritt in der Photovoltaik könnte ausgerechnet aus dem verregneten, wolkenverhangenen England kommen: Eine Forschergruppe der University of Cambridge hat jetzt offenbar eine Technologie entwickelt, mit der sich der Wirkungsgrad herkömmlicher Solarmodule deutlich verbessern lässt. Photovoltaikanlagen könnten damit auf gleicher Fläche viel mehr Strom erzeugen, die Sonnenenergie würde billiger.

Eigentlich wird die Stromerzeugung aus Sonne durch eine Art physikalisches Grundgesetz limitiert: Es ist unmöglich, eine konventionelle Siliziumsolarzelle zu konstruieren, die mehr als 34 Prozent der Sonneneinstrahlung in Strom umwandelt. Denn das Licht besteht aus elektromagnetischen Wellen, deren Energiegehalt je nach Wellenlänge unterschiedlich ist.

Wer eine Solarzelle baut, muss sich also entscheiden: Sollen vor allem die Wellen mit besonders hohem Energiegehalt absorbiert werden? Dann bleibt der weniger energiereiche Teil der Strahlung ungenutzt. Oder soll ein möglichst breites Spektrum des Sonnenlichts verwertet werden? Das geht dann auf Kosten der hochenergetischen Wellen.

Die Forscher aus Cambridge haben nun einen Trick gefunden, dieses Gesetz zu umgehen. Sie haben eine spezielle Beschichtung entwickelt, mit der sich Siliziumsolarzellen zu neuen Höchstleistungen animieren lassen. Der Überzug soll bewirken, dass die Module die Energie des Sonnenlichts besser ausschöpfen. "Mit unserer Entwicklung ist es möglich, das Limit auf 45 Prozent hinauszuschieben", sagt der deutsche Wissenschaftler Bruno Ehrler, der zu der Forschergruppe gehört.

Handelsübliche Siliziummodule haben heute einen Wirkungsgrad von 14 bis 19 Prozent. Der könnte durch die Arbeit der Wissenschaftler "deutlich gesteigert werden", so Ehrler - auf wie viel Prozent, will er sich aber nicht festlegen. 45 Prozent werden es allerdings auf keinen Fall, weil das Limit nur unter Laborbedingungen zu erreichen wäre.

Aus eins mach zwei

Doch selbst wenn es mit der Beschichtung gelänge, den Wirkungsgrad in der Serienfertigung auf 22 oder gar 25 Prozent zu schrauben, dürfte die Solarbranche die Korken knallen lassen - die Experten in den Forschungsinstituten und Unternehmen kämpfen um jedes einzelne Prozent.

Das Team aus Cambridge setzt an zwei Punkten an. Zum einen enthält die Beschichtung eine organische Kohlenstoffverbindung. Sie sorgt dafür, dass bei Lichteinfall hochenergetische Elektronen in der Zelle quasi halbiert werden. Aus eins mach zwei - das hat letztlich zur Folge, dass die Zellen mehr Strom aus dem energiereichen Spektrum des Sonnenlichts gewinnen können. Zum anderen verwenden die Wissenschaftler für die Schicht nanogroße anorganische Blei-Sulfid-Teilchen, mit denen sich auch der Infrarotbereich der Solarstrahlung zur Stromerzeugung nutzen lässt.

Herkömmliche Siliziumzellen absorbieren im Wesentlichen nur den sichtbaren Teil des Sonnenlichts. "Die Kombination von organischem und anorganischem Material hört sich grundsätzlich erst einmal plausibel an. Der Ansatz ist spannend", sagt Stefan Glunz, Leiter der Zellforschung am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg.

"Das kann dann so billig sein, wie eine Zeitung zu drucken"

Allerdings ist Glunz skeptisch, ob sich die Arbeit von Ehrler und seinen Kollegen so einfach in die Praxis übertragen lässt. Falls dies jedoch gelingt, dürfte es sehr lange dauern, bis Module mit der Beschichtung tatsächlich zu kaufen sind. "Selbst wenn alles super läuft, wird diese Technologie für die Standardsiliziumzellen in den nächsten fünf bis zehn Jahre sicher keine Rolle spielen", meint Glunz.

Derweil träumt Ehrler schon davon, die Solarbeschichtung eines Tages einfach mit einem simplen Tintenstrahldrucker auf die Siliziumzellen aufzutragen, um die Kosten der Photovoltaik weiter zu senken. "Das kann dann so billig sein, wie eine Zeitung zu drucken", sagt Ehrler. "Solche Druckverfahren sind nichts Neues, das ist in der Tat kostengünstig", meint Professor Jan Schmidt vom Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH).

Die Technologie wird bereits eingesetzt, um flexible Photovoltaikfolien zu produzieren, etwa für Gadgets wie Solarrucksäcke oder -Handys. Allerdings verweist Schmidt darauf, dass die Kosten für die Zellfertigung nur einen kleinen Anteil an den Gesamtkosten einer Solaranlage ausmachen. Die Wafer, die Wechselrichter und die Montage der Module fallen viel stärker ins Gewicht - und ohne die kommt keine Solaranlage aus.

Zudem befürchtet der Hamelner Wissenschaftler, dass die organischen Bestandteile der Beschichtung nach einigen Jahren ihre Stabilität verlieren könnten - ein Problem, mit dem auch andere Photovoltaikhersteller kämpfen, die organisches Material verwenden. Schmidts Fazit: "Wunder gibt es leider nur selten!"

Diesen Artikel...
  • Aus Datenschutzgründen wird Ihre IP-Adresse nur dann gespeichert, wenn Sie angemeldeter und eingeloggter Facebook-Nutzer sind. Wenn Sie mehr zum Thema Datenschutz wissen wollen, klicken Sie auf das i.
  • Auf anderen Social Networks teilen

Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 210 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
1. Aha...
ginfizz53 25.02.2012
Zitat von sysopZitat: "Sie sorgt dafür, dass bei Lichteinfall hochenergetische Elektronen in der Zelle quasi halbiert werden. Aus eins mach zwei - das hat letztlich zur Folge, dass die Zellen mehr Strom aus dem energiereichen Spektrum des Sonnenlichts gewinnen können. " Alternative Energien: Beschichtung treibt Solarzellen zu Höchstleistungen - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten - Wissenschaft (http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,815472,00.html)
Halbieren heißt, aus eins mach zwei...
2.
franz_ferdinand_ii 25.02.2012
Zitat von sysopPhotovoltaik-Forscher haben einen Überzug entwickelt, mit der herkömmliche Solarmodule deutlich mehr Strom erzeugen können. Dabei ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Grundgesetz der Physik zu umgehen. Alternative Energien: Beschichtung treibt Solarzellen zu Höchstleistungen - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten - Wissenschaft (http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,815472,00.html)
Der Artikel ist so schlecht geschrieben, dass ich gar nicht weiss wo ich anfangen soll... Grundgesetze der Physik kann man nicht umgehen, sonst wäre es ja kein Gesetz! Hier wurde kein Grundgesetz umgangen, sondern eventuell eine Lösung für ein lange bestehendes Problem gefunden. Und wenn der Autor schreibt, dass "hochenergetische Elektronen in der Zelle quasi halbiert" werden, wird offensichtlich, dass er keine Ahnung hat, worüber er berichtet… Im LHC ist das vllt. möglich, aber in einer Solarzelle wohl kaum. Hier wurde eine Möglichkeit untersucht, wie durch ein Photon zwei Excitonen generiert werden können.
3. Toll!
Ben Major 25.02.2012
Zitat von sysopPhotovoltaik-Forscher haben einen Überzug entwickelt, mit der herkömmliche Solarmodule deutlich mehr Strom erzeugen können. Dabei ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Grundgesetz der Physik zu umgehen. Alternative Energien: Beschichtung treibt Solarzellen zu Höchstleistungen - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten - Wissenschaft (http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,815472,00.html)
Toll! Bei 100 Milliarden Subventionen für den künftigen Sondermüll sind wir jetzt schon, bei so tollen technischen Fortschritten packen wir doch gern nochmal 100 drauf.
4. ..
5Minute 25.02.2012
Ich rezitiere den letzten Satz:"Wunder gibt es leider selten" Mehr muss man über den ganzen Artikel nicht sagen.
5.
Schalke 25.02.2012
Zitat von sysopPhotovoltaik-Forscher haben einen Überzug entwickelt, mit der herkömmliche Solarmodule deutlich mehr Strom erzeugen können. Dabei ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Grundgesetz der Physik zu umgehen. Alternative Energien: Beschichtung treibt Solarzellen zu Höchstleistungen - SPIEGEL ONLINE - Nachrichten - Wissenschaft (http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,815472,00.html)
Sind wir hier bei der Bildzeitung? "Grundgesetz der Physik zu umgehen"... Da fällt es als halbwegs gebildeter Leser schon schwer, über den Einleitungsabsatz hinaus weiterzulesen.
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
News verfolgen

HilfeLassen Sie sich mit kostenlosen Diensten auf dem Laufenden halten:

alles aus der Rubrik Wissenschaft
Twitter | RSS
alles aus der Rubrik Technik
RSS
alles zum Thema Solarenergie
RSS

© SPIEGEL ONLINE 2012
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH



  • Drucken Senden
  • Nutzungsrechte Feedback
  • Kommentieren | 210 Kommentare
Fotostrecke
Grafikstrecke: Der weltweite Solarmarkt

Eckpunkte der Solarförderung
Die Koalition hat sich auf ein Paket geeinigt, mit dem die Förderung von Solarstrom gekürzt werden soll - die Eckpunkte im Überblick (Stand: 22. Juli 2010)
Dachanlagen
Etwa 80 Prozent aller Solaranlagen in Deutschland sind auf Dächern installiert. Ihre Förderung zum 1. Juli um 13 Prozent sinken und zum 1. Oktober noch einmal um drei Prozent. Faktisch ist die Kürzung durch die höhere Förderung des Eigenverbrauchs allerdings weit niedriger.
Eigenverbrauch
Solarstrom, der selbst verbraucht wird, wird um acht Cent besser vergütet als ins Netz gespeister Strom - sobald die Jahres-Stromerzeugung 30 Prozent überschreitet. Die faktische Förderkürzung sinkt dadurch deutlich.

Betroffen sind fast alle Anlagen: Die Regelung gilt bis 500 Kilowatt. Eine durchschnittliche Dachanlage hat eine Leistung von fünf Kilowatt, das Fußballstadion Letzigrund in Zürich kommt auf 223 Kilowatt. Die Eigenverbrauchsförderung ist zunächst bis Ende 2011 befristet.
Ackerflächen
Die Förderung entfällt ab Juli 2010, um eine Konkurrenz zum Lebensmittelanbau zu verhindern.
Freiflächen
Die Kürzung für Solarparks soll ab dem 1. Juli um zwölf Prozent sinken und ab dem 1. Oktober um weitere drei Prozent.

Auf Konversionsflächen wie Mülldeponien, alten Industrie- oder Gewerbeflächen oder Militärgeländen ist die Kürzung geringer, da Investoren wegen der Beseitigung von Altlasten höhere Aufwendungen haben. Sie beträgt zum 1. Juli elf Prozent und zum 1. Oktober noch einmal drei Prozent.
Deckelung ab 2011
Ab Anfang 2011 wird von einem Zubau von 3500 Megawatt ausgegangen - bei diesem würde die Förderung um weitere neun Prozent gekürzt. Bei Zielüberschreitung verschärft sich die Förderkürzung alle 1000 Megawatt um ein weiteres Prozent. Sprich: Ab 4500 Megwatt beträgt sie 10 Prozent, ab 5500 Megawatt 11 Prozent, etc. Bleibt der Zubau unter der Zielmarke von 3500 Megawatt, wird die Förderkürzung abgemildert. Sie kann damit 2011 zwischen 6 und 13 Prozent schwanken.
Deckelung ab 2012
Auch für 2012 wird von einem Zubau von 3500 Megawatt ausgegangen. Bei Zielüberschreitung verschärft sich die Förderkürzung alle 1000 Megawatt um drei Prozent. ssu
Fotostrecke
Energie-Gadgets: Rucksack, Schiff, Solar-Gorilla

Fotostrecke
Grafiken: Wie Öko- und Atomstrom konkurrieren
Was sind Solarschulden?
Der Preis
AP
Wer eine Solaranlage betreibt, darf seinen Strom unabhängig vom tatsächlichen Bedarf jederzeit ins Netz einspeisen. Die Vergütung wird durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) festgelegt. Seit 1. Januar 2010 erhält man für Dachanlagen 29,37 bis 39,14 Cent pro Kilowattstunde, je nachdem, wie groß die Anlage ist.

Seit 1. Juli 2010 erhält man für Dachanlagen 25,55 bis 34,05 Cent pro Kilowattstunde, je nachdem, wie groß die Anlage ist. Ab 1. Oktober werden die Vergütungen auf 24,79 bis 33,03 Cent reduziert.

Zum Vergleich: Der Preis für konventionellen Strom schwankt an der Energiebörse zwischen fünf und acht Cent. Die Differenz, also die Mehrkosten, tragen die Verbraucher über ihre Stromrechnung.
Die Laufzeit
Die Solarvergütung ist für 20 Jahre garantiert. Das heißt: Wer eine Anlage jetzt baut, dem ist ein bestimmter Fördersatz für die kommenden 20 Jahre sicher. Diese langfristigen Kosten werden als "Solarschulden" bezeichnet.
Die Kosten
Die Höhe der Solarschulden hängt von zwei Faktoren ab: vom Preis für konventionellen Strom und von der Gesamtzahl der installierten Solaranlagen.

Laut VZBV werden die Gesamtkosten, die in den nächsten 20 Jahren getilgt werden müssen, sich wahrscheinlich ab Ende 2010 auf mehr als 100 Milliarden Euro belaufen.
Der Schuldenberg
Bei den errechneten Solarschulden geht es nur um die bereits installierten Module. Jedes Jahr gehen jedoch weitere Solaranlagen ans Netz. Der Solarschuldenberg wächst also jedes Jahr weiter.