Rekord: Solarzelle aus Oberösterreich fängt ein Drittel der Sonnenenergie ein

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 stetiger Verfeinerung dieses Modells weisen moderne Solarzellen, wie man sie heute auf den Dächern von Häusern findet, eine Effizienz von bis zu 20 Prozent auf. Im Labor gilt als oberste Grenze eine Umwandlungseffizienz von etwa 27 Prozent.

Nun berichtet das Fachjournal "Nature Energy" von einem neuen Rekord, nämlich 33,3 Prozent Effizienz, aufgestellt in St. Florian am Inn, wo der Prozessanlagenhersteller EV Group (EVG) residiert. Dort forscht man schon länger – zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme – an Mehrfachsolarzellen, die in mehreren Schichten aufgebaut sind.

Bindung durch Ionenbeschuss

Hintergrund: Siliziumzellen können nur Licht einer bestimmten Wellenlänge optimal umwandeln. Sonnenlicht aber umfasst ein breites Spektrum an Wellenlängen. Schichten mit anderem Halbleitermaterial können das Spektrum erweitern. Das Problem dabei ist, die Schichten ohne Fehlstellen und daraus folgende schlechte Qualität transparent zu verbinden. Nun kommt EVG ins Spiel: Der Betrieb ist bei innovativen Bond-Verfahren Weltmarktführer. Wie Mitentwickler Markus Wimplinger, Bereichsleiter für Verfahrenstechnik bei EVG, erklärt, besteht die neue, hocheffiziente Solarzelle aus "drei photoabsorbierenden Zellen, die aufeinandergestapelt sind". Über die Siliziumschicht kommt eine Schicht Gallium-Arsenid und eine aus Gallium-Indium-Phosphid. Die Verbindung zwischen Silicium und Gallium-Arsenid erfolgt ohne Klebstoff. Dazu werden die Kontakflächen extrem glatt geschliffen (0,15 Nanometer). Im Hochvakuum werden sie dann mit Ionen beschossen, was den Vorteil hat, dass die störenden Oxidschichten auf dem Silicium entfernt werden, und verpresst. Mit 33,3 Prozent Effizienz sei für diese Art von Zellenaufbau ein neuer Rekord erreicht, wie Wimplinger sagt. "Das Schöne an diesen Zellen ist, dass sie mit der bestehenden Infrastruktur – mit den Anschlüssen und Wechselrichtern – kompatibel sind. Um allerdings breitenwirksam eingesetzt zu werden, müsse der Fertigungsprozess der Mehrfachzellen zuerst für die Industrie optimiert werden. "Das dürfte noch ein paar Jahre dauern", schätzt Wimplinger.

China investiert massiv in Solar

In welche Richtung es mit der Solarenergie weltweit geht, zeigt der Globale Investment-Report für Erneuerbare Energien. Demnach wurde 2017 in Photovoltaikflächen mit insgesamt 98 Gigawatt Kapazität investiert. Das ist mehr als das Doppelte davon, was Deutschland an Solarstrom pro Jahr gewinnt. Noch nie lagen die Investitionen in Solarstrom so hoch wie im Vorjahr (plus 18 Prozent). Wobei die treibende Kraft China ist. Mehr als die Hälfte des Booms ist auf das asiatische Land zurückzuführen, das wären umgerechnet rund 65 Milliarden Euro. Während in den USA und Deutschland die Investitionen in Photovoltaik zurückgingen, steigerte China die seinen um 58 Prozent. Weltweit wurde mehr Geld für ihren Ausbau aufgewendet als in Kohle, Kernkraft und Gas zusammen.

Solarenergie galt lange als zu teuer und allzu sehr vom Wetter abhängig. Ihr Potenzial könnte unterschätzt worden sein. Studien zufolge könnte Photovoltaik bis 2050 30 bis 50 Prozent des weltweiten Strombedarfs liefern.