Oberösterreichische Firma schafft Photovoltaik-Effizienzrekord

Der Markt für Photovoltaik wird immer noch von herkömmlichen Solarzellen aus Silizium dominiert. In einer Kooperation des oberösterreichischen Prozessanlagenherstellers EV Group (EVG) und deutschen Forschern ist es nun gelungen, die Effizienz spezieller, mehrschichtiger Solarzellen zu erhöhen, wie die Forscher im Fachjournal "Nature Energy" berichten. Die ersten, einfachen Solarzellen aus Silizium wurden bereits in den 1950er-Jahren entwickelt und konnten gerade einmal vier Prozent des auftreffenden Sonnenlichts in elektrischen Strom umwandeln. Aufgrund einer ständigen Verfeinerung dieses Modells weisen moderne Solarzellen, wie man sie heute auf den Dächern von Häusern findet, eine Effizienz von etwa 20 Prozent auf.

Als oberste Grenze für diese Art von Zellen gilt eine Umwandlungseffizienz von etwa 27 Prozent. Das liegt vor allem daran, dass Siliziumzellen nur Licht einer bestimmten Wellenlänge optimal umwandeln können, Sonnenlicht aber ein sehr breites Spektrum an Wellenlängen umfasst. Ist die Wellenlänge zu groß, hat das entsprechende Photon also zu wenig Energie, durchdringt es die Zelle, ohne Strom zu erzeugen. Ist sie zu klein, wird zwar Strom erzeugt, die überschüssige Energie geht jedoch in Form von Wärme verloren.

Schwierige Verbindung

Um Solarzellen aus Silizium weiter zu optimieren, können jedoch Zellen aus anderen Materialien darüber gelegt werden, die auf andere Energien optimiert sind. So findet im Idealfall jede im Sonnenlicht vorhandene Wellenlänge einen geeigneten Abnehmer für ihre Energie. "Diese Methode ist an sich nicht neu", erklärte Markus Wimplinger, Bereichsleiter für Verfahrenstechnik der EV Group in St. Florian am Inn und einer der Autoren der Studie, gegenüber der APA. "Die Herausforderung besteht aber darin, die Schichten optimal miteinander zu verbinden."

Eine Möglichkeit bestünde darin, die zusätzlichen Schichten direkt auf der Siliziumzelle wachsen zu lassen. Aufgrund der unterschiedlichen Kristallstrukturen der Materialien führt das allerdings zu Fehlstellen und schlechter Qualität. Die Verwendung eines dritten Materials zur Verbindung zweier Schichten, also einer Art Kleber, scheitert wiederum daran, dass dieses Material sowohl elektrisch leitfähig als auch optisch transparent sein müsste.

In ihrer aktuellen Studie zeigen die Forscher nun einen Ausweg aus diesem Dilemma auf. Sie stellten die Zellen zunächst unabhängig voneinander her und bearbeiteten die Kontaktflächen so präzise, dass sie sich von selbst miteinander verbanden, wenn sie aneinander gepresst werden. Dazu wurden die Flächen zunächst am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg atomar glatt geschliffen. In den Anlagen der EV Group beschossen Wimplinger und seine Kollegen die Flächen darauf hin unter Hochvakuum mit Ionen, um die störende Oxidschicht zu entfernen, und setzten die Teile zusammen. Die so entstandene, mehrschichtige Solarzelle weist eine Effizienz von 33,3 Prozent auf - ein neuer Rekord für diese Art von Zellenaufbau, wie Wimplinger betont.