Revolutionäre Tandem-Solarzelle soll 38,91 Prozent Wirkungsgrad haben
Mit Tandemsolarzellen lässt sich die Energieausbeute von Photovoltaikanlagen optimieren. Man kann sie sich wie 2 Solarzellen vorstellen, die aufeinandergestapelt wurden. Beide Schichten zielen auf ein unterschiedliches Sonnenlichtspektrum ab, wodurch sie besonders effizient sind. Das Konzept eines Forschungsteams aus Indien soll sogar einen Wirkungsgrad von 38,91 Prozent erreichen.
Der aktuelle Wirkungsgrad-Rekord einer Tandemsolarzelle liegt bei gut 33 Prozent. Das bedeutet, dass ein Drittel der Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden konnten. Als Material nahmen die Forscher Silizium und Perowskit. Das obere Perowskit-Material absorbiert hauptsächlich blaues Licht, das untere Silizium-Material hingegen rotes Licht.
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Solarzelle aus Kohlenstoffnanoröhren
Die noch hypothetische Tandemzelle der M.M.M. University of Technology im indischen Gorakhpur, besteht allerdings weder aus Silizium, noch aus Perowskit. Die Forscher nutzten in ihren Berechnungen eine sogenannte CIGS-Solarzelle als obere Schicht. Deren Halbleiter - das Herzstück der Zelle - besteht aus einem Verbund aus Kupfer (C), Indium (I), Gallium (G) und Selen (S). Diese Zelle kann vor allem kürzere Wellenlängen in Elektrizität umwandeln.
Der Aufbau der Tandemsolarzelle.
© Patel et al
Die längeren Wellenlängen, die die obere Zelle durchdringen, treffen dann auf eine sogenannte SWCNT-Zelle. SWCNT steht für Single Walled Carbon Nano Tubes. Diese einwandigen Kohlenstoffnanoröhren sind 100.000 Mal dünner als ein menschliches Haar und werden erst seit wenigen Jahren in der Photovoltaikforschung eingesetzt, weil sie sehr teuer in der Herstellung sind. Außerdem wurden sie erst 1993 entdeckt. Zum Vergleich: Die erste praktikable Silizium-Solarzellen wurde bereits 1954 vorgestellt.
Weg für neue Tandemsolarzellen
Einzeln erreichen die jeweiligen Zellen laut den Berechnungen der Forscher maximale Wirkungsgrade von 23,69 Prozent (CIGS) sowie 17,10 Prozent (SWCNT). Als Tandemzelle könnte laut Berechnungen ein Wirkungsgrad von 38,91 Prozent erreicht werden.
"Die Ergebnisse dieser Forschung zeigen einen Weg für die Herstellung von CIGS/SWCNT-Tandemsolarzellen mit hohem Wirkungsgrad", schreiben die Forscher in ihrem Paper. Bis es so weit ist, dürfte es allerdings noch eine Weile dauern. Während CIGS-Solarzellen bereits industriell hergestellt werden, befinden sich SWCNT-Zellen noch in der Entwicklungsphase. Das liegt vor allem an der aufwändigen und teuren Herstellung er einwandigen Kohlenstoffnanoröhren.<