Wirkungsgrad gesteigert  Neuer Rekord bei Silizium-Solarzellen

Bis zum Jahr 2050 könnte Fotovoltaik ein Fünftel des weltweit benötigten Stroms liefern. Japanische Forscher vermelden nun einen Rekord für den Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen.

In Japan entwickelte Rekordsolarzelle
Kaneka/ Photovoltaic & Thin Film Research Laboratories/ DPA

In Japan entwickelte Rekordsolarzelle


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 Fotovoltaik 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.

Solarmodulherstellung in China
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.

hda/dpa

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Forum - Diskussion über diesen Artikel
insgesamt 61 Beiträge
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Seite 1
hans-georg-pabst 20.03.2017
1. Wieder eine Mogelpackung?
Mit dem Wirkungsgrad von Solarzellen wird gelogen, dass die Balken sich biegen. Man verwendet Laserstrahlen mit homogenem Licht von einer optimalen Frequenz. Leider kann das die Sonne nicht und so bleibt der Wirkungsgrad mit natürlichem Licht bei 9 %. Sind die Solarzellen verschmutzt, dann sinkt er sogar auf schlappe 6 %. Die stärkste Erwerbsquelle der Mafia sind heute "erneuerbare Energien”
mkuserweb 20.03.2017
2. wenn wir wirklich wollten
dann könnten wir die komplette enrgieerzeugungskette in der eu halten. wenn der komplette energieverbrauch in der eu erzeugt wird, spielen die höheren kosten mit wind und solarenergie keine größere rolle, da die komplette wertschöpfung in der eu bleibt und kein kapital für energie exportiert werden muß. dann wäre es sogar möglich für personen mit geringerem einkommen die energie zu subventionieren, da das kapital nicht exportiert sondern in der eu verbleibt. wir erzeugen genug co² um den mit wind und solarenergie erzeugten strom in methan zu verwandeln. dieser kann dann ohne große probleme in das eu gasnetz eingespeist werden.
ogs 20.03.2017
3. Warum eigentlich immer Strom?
Wenn ich auf meine Nebenkosten sehe, dann sind rund 80 % Wärme und Warmwasser. Nicht das Licht, der Herd oder der Kühlschrank. Ein Wärmekollektor (Solarthermie) hat die Effizienz von ca. 80 %, also rund 4x mehr als ein Stromkollektor. Sonne zu Strom und dann Wärme draus machen? Bitte nicht.
tatsache2011 20.03.2017
4. Hinweis
Zitat von ogsWenn ich auf meine Nebenkosten sehe, dann sind rund 80 % Wärme und Warmwasser. Nicht das Licht, der Herd oder der Kühlschrank. Ein Wärmekollektor (Solarthermie) hat die Effizienz von ca. 80 %, also rund 4x mehr als ein Stromkollektor. Sonne zu Strom und dann Wärme draus machen? Bitte nicht.
Wärme aus Gas kostet 5 cent / kWh Brennstoff (Anlage vorhanden). Wärme aus Solarthermie kostet ? Strom vom Energieversorger kostet z.B. 25 cent / kWh. Strom von der eigenen PV-Anlage 12 cent / kWh
westerinen1967 20.03.2017
5. Wo ist da gemogelt?
Zitat von hans-georg-pabstMit dem Wirkungsgrad von Solarzellen wird gelogen, dass die Balken sich biegen. Man verwendet Laserstrahlen mit homogenem Licht von einer optimalen Frequenz. Leider kann das die Sonne nicht und so bleibt der Wirkungsgrad mit natürlichem Licht bei 9 %. Sind die Solarzellen verschmutzt, dann sinkt er sogar auf schlappe 6 %. Die stärkste Erwerbsquelle der Mafia sind heute "erneuerbare Energien”
Um vergleichbare Messungen zu erhalten braucht man eben einen Messstandard. Mit Sonnenlicht zu messen wäre da sicherlich aus offensichtlichen Erwägungen keine gute Idee. Wenn man tatsächlich das 20%-Ziel mit den von Ihnen genannten 6% bei Verschmutzung erreichen kann, sehe ich das als ziemlich tolle Sache an. Ihren Hinweis auf die Mafia verstehe ich dagegen gar nicht. Ist eine Technologie nach bestimmten Kriterien (welchen?) schlecht nur weil die Mafia diese Technologie als gute Geldanlage ansieht?
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