Silizumzellen
Mühsame Fortschritte beim Wirkungsgrad

Das Prinzip der Siliziumzelle gilt fast schon als ausgereizt. Und wenn man dem theoretischen Maximalwirkungsgrad klassischer Siliziumzellen von 29,3 Prozent näher kommt, steigen die Kosten exponenziell an. Daher wächst die Bedeutung komplementärer Techniken.

DÜSSELDORF. Der Kampf um höhere Wirkungsgrade von Solarzellen wird schwerer. Das liegt an den Erfolgen der Vergangenheit. Vor 25 Jahren erreichten Solarmodule einen Wirkungsgrad von nur acht Prozent. Heute liegen die Werte vieler marktgängiger Produkte doppelt so hoch. Der Spitzenwert bei Serienmodulen beträgt 19,3 Prozent. Diese Ausbeute gelingt mit Solarzellen aus Silizium-Monokristallen. Zellen aus polykristallinem Silizium sind weniger effizient, aber meist billiger.

Verschiedene Ansätze sollen den Wirkungsgrad steigern. So geht es darum, die Quantenausbeute – also den Anteil der Photonen (Lichtteilchen) – zu erhöhen, die die Elektronen auslösen. Zudem muss die Rekombination, also der Zerfall der erzeugten Ladungsträger vermindert werden, was eine bessere Reinheit des Materials ermöglicht. Optische Verluste werden durch die Verminderung der Reflexion reduziert. Und es wird daran gearbeitet, die Ableitung der Elektronen zu optimieren.

Es hat schon viel gebracht, die Kontakte auf der Rückseite der Zelle anzubringen. So steht die gesamte Vorderseite zur Nutzung der Solarstrahlung zur Verfügung. Das Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH) hat eine Solarzelle aus kristallinem Silizium entwickelt, die dank verschattungsfreier Vorderseite 22 Prozent Wirkungsgrad hat. Die Herstellung per Laser sei „sehr einfach“ und daher „von großer industrieller Bedeutung“, so das ISFH.

Der weltweit höchste Wirkungsgrad einer Siliziumzelle im Labor liegt bei 24,3 Prozent. Doch der Aufwand ist so groß, dass eine Serienfertigung nicht absehbar ist. „In der Praxis dürfte man mittelfristig rund 23 Prozent erreichen“, schätzt Rüdiger Meyer vom ISFH.

Zwar gibt es Hochleistungszellen aus anderen Halbleitern wie Gallium-Arsenid oder Gallium-Indium-Verbindungen, die höhere Wirkungsgrade erzielen. Doch sie sind teuer. Weil sie aber problemlos 500-fach verstärktes Sonnenlicht verwerten, können sie mit optischen Linsen kombiniert werden. Die Technik kann nur beschränkt eingesetzt werden, da die Module nur direkte Einstrahlung nutzen und dem Sonnenlauf nachgeführt werden müssen.

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