Neue Solarzelle soll bis zu 60 Prozent Wirkungsgrad erreichen

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle gibt an, wie viel Prozent des einfallenden Sonnenlichts in elektrische Energie umgewandelt wird. Handelsübliche Solarzellen haben, je nach Zellmaterial, einen Wirkungsgrad zwischen 10 und 26 Prozent - letztes nur unter Laborbedingungen, laut Bundesverband Photovoltaic Austria. 

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Deutlich darüber hinaus kommen nur Mehrfachsolarzellen, die aus 2 oder mehreren verschiedenen Solarzelltypen bestehen, die übereinander angeordnet werden. Hier gibt es bereits Zellen, die im Labor 47 Prozent Wirkungsgrad erreichen.

Forschende der Universidad Complutense de Madrid in Spanien haben nun erstmals eine Solarzelle entwickelt, die theoretisch einen Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent erreichen kann. Sie funktioniert auf Basis von Galliumphosphid und Titan. 

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Shockley-Queisser-Grenze

Der Wirkungsgrad von Solarzellen hat, je nach Material, eine bestimmte Obergrenze. Hier spricht man von der Shockley-Queisser-Grenze. Bei Silizium, das derzeit häufigste Material beim Bau von Solarzellen, sind es laut dem Fraunhofer Institut nur 29,4 Prozent, wenn man die Auger-Rekombination mitberücksichtigt. Das heißt, gut 70 Prozent des Sonnenlichts, das auf die Solarzelle trifft, "verpufft" und wird nicht zu Elektrizität umgewandelt. Zu tun hat das mit dem Spektrum des Lichts, das auf eine Solarzelle fällt. 

Bei der neuartigen Solarzelle liegt diese Grenze aufgrund der Eigenschaften des Materials fast doppelt so hoch, wie Interesting Engineering schreibt. Das Team arbeitet bereits seit 2009 mit Galliumphosphid und Titan, brauchte jedoch 15 Jahre, um erste Zellen damit herzustellen. Der Prototyp hat eine Größe von einem Quadratzentimeter.

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Bis eine solche Solarzelle tatsächlich im Praxiseinsatz Strom gewinnen kann bzw. bereit für den kommerziellen Einsatz, dürfte aber noch viel Zeit vergehen. So ist der Prototyp nicht nur winzig, sondern auch noch weit nicht so effizient, wie die gut 60 Prozent, die das Material physikalisch zulassen würde.

Dennoch ist die Herstellung dieser Solarzelle ein wichtiger Schritt. Irgendwann wird die Entwicklung von regulären Silizium-Solarzellen stagnieren, vermutlich bevor der maximale Wirkungsgrad von 29,4 Prozent in einer Massenfertigung erreicht werden kann. Dann ist es gut, wenn Nachfolge-Technologien bereitstehen, um diese Hürde zu überwinden. Zudem könne auch die neuen Solarzelle womöglich als Tandem-Zelle genutzt werden, um die Effizienz noch weiter zu erhöhen.

Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Materials Today Sustainability veröffentlicht.