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    Das ist die effizienteste Solarzelle der Welt

    Je höher der Wirkungsgrad einer Solarzelle, desto mehr einströmende Lichtenergie kann sie in elektrischen Strom verwandeln. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, die Effizienz von Solarzellen zu steigern. Ein Wirkungsgrad von 50 Prozent unter Laborbedingungen ist dabei bislang nicht erreicht worden – nun sind Forscher in Freiburg diesem Ziel mit einer hocheffizienten Solarzelle ein ganzes Stück nähergekommen.

    Ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) in Freiburg hat die bislang effizienteste Solarzelle der Welt entwickelt. Sie weist unter Laborbedingungen bei insgesamt 665-facher Sonnenkonzentration einen Wirkungsgrad von 47,6 Prozent auf. Der bisherige Höchstwert lag bei einem Wirkungsgrad von 46,1 Prozent. Somit konnten die Forscher die Effizienz der neuen Solarzelle um 1,5 Prozentpunkte steigern.

    Hohe Wirkungsgrade bei Mehrfach-Solarzellen

    Bei der eingesetzten Zelle handelt es sich um eine Vierfach-Solarzelle. Diese besteht aus zwei Tandem-Solarzellen, die so fest miteinander verbunden sind, dass ein Stromfluss durch die Grenzfläche möglich ist. In solchen Mehrfach-Solarzellen oder auch „konzentrierenden Photovoltaiksystemen“ sehen Wissenschaftler sehr großes Potenzial, den Wirkungsgrad für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie zu erhöhen.

    Nahaufnahme einer Hand, die über die Solarpaneele einer PV-Anlage streicht
    Weltweit forschen Wissenschaftler an immer effizienteren Solarzellen. Mit gutem Grund: Denn je höher der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist, desto mehr regenerativen Strom kann sie erzeugen – und so dazu beitragen, das Klima zu schützen.

    Den Durchbruch verdanken die Wissenschaftler einer neu entwickelten Antireflexionsbeschichtung: Diese verringert die Reflexion des Sonnenlichts an der besonders empfindlichen Vorderseite der Solarzelle. Zudem helfen verbesserte Kontaktschichten dabei, Widerstandsverluste zwischen den einzelnen Schichten der Zelle zu verhindern. Wie genau aus Sonnenlicht Strom wird, erfahren Sie in unserem Artikel „So funktioniert eine Solarzelle“.

    Photovoltaik: Materialkombinationen sorgen für mehr Effizienz

    Auch das Material der Solarzellen spielt eine Rolle im Hinblick auf den Wirkungsgrad. Reine Siliziumzellen kommen über einen Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent nicht hinaus. Daher werden auch neue Materialien und vor allem Materialkombinationen erforscht.

    Die am Fraunhofer ISE verwendete Mehrfach-Solarzelle besteht aus sogenannten III-V-Verbindungshalbleitern: Elemente der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems, die – einmal miteinander kombiniert – in der Lage sind, elektrische Energie zu leiten. Solchen Kombinationen wird die höchste Effizienz zugeschrieben.

    Skizze des Aufbaus der am Fraunhofer ISE entwickelten Mehrfach-Solarzelle
    Die Grafik zeigt, aus welchen Elementen die am Fraunhofer ISE entwickelte und mit einer Antireflexionsbeschichtung versehene Mehrfach-Solarzelle aufgebaut ist.

    Hocheffiziente Solarzellen senken Solarstromkosten

    Ziel der Freiburger Forscher ist es, eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von mehr als 50 Prozent unter konzentriertem Sonnenlicht zu entwickeln. Das hierzu ins Leben gerufene Forschungsprojekt „50 Prozent“ wird auch vom Bundeswirtschaftsministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Denn die Photovoltaik ist eine Schlüsseltechnologie für die Stromerzeugung ohne fossile Energieträger – und damit auch für die Erreichung der deutschen Klimaziele.

    Schon heute ließe sich einer Studie zufolge die ganze Welt mit Solarstrom vom Dach versorgen, vorausgesetzt, genügend Dachflächen wären mit entsprechenden Modulen ausgestattet. Je effizienter zukünftige Solarzellen die Energie des Sonnenlichts in Strom verwandeln können, desto höher der Ertrag pro Fläche und desto günstiger wird Solarstrom letztlich für die Allgemeinheit – auch, wenn es wohl noch eine Weile dauern wird, bis derart moderne und effiziente Solarzellen marktreif sind.

    Werden Sie Teil der Energiewende!

    Wer über die Anschaffung einer PV-Anlage nachdenkt, muss glücklicherweise nicht auf Solarzellen mit höherem Flächenwirkungsgrad warten. Die derzeit am Markt verfügbaren Solarmodule erreichen in der praktischen Anwendung Wirkungsgrade von rund 20 Prozent – das reicht schon heute für eine weitgehend unabhängige Versorgung mit Sonnenstrom aus. Auf Photovoltaik setzen bedeutet, Teil der Energiewende zu werden.

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    12. August 2022
    Solar
    Ökostrom

    Text: Lea Weitekamp. Fotos: Fraunhofer ISE, Getty Images.

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