Solarenergie: Neue Lichtfalle schluckt mehr Sonnenlicht

Eine dünne Schicht aus Metall verhindert die Reflexion von Licht an der Oberfläche von Solarmodulen. Nahezu die komplette Lichtenergie kann so in den Lichtfallen gefangen werden. An bewölkten Tagen lässt sich der Ertrag sogar verdreifachen.

Wenn es darum geht, einfallendes Licht optimal zu nutzen, weisen herkömmliche Solarzellen zwei Schwachstellen auf. Erstens wird ein Teil des Lichts reflektiert, bevor es in das Innere der Zelle eindringen kann. Und zweitens verlässt ein weiterer Teil der Strahlen die Zelle wieder, ohne dass sie zur Energiegewinnung genutzt werden können. Bei Solarzellen auf Kunststoffbasis, den sogenannten organischen Solarzellen, ist dieser Nachteil besonders ausgeprägt. Forscher der Princeton University (USA) präsentierten jüngst ein neues Beschichtungsverfahren, das genau diesen beiden Schwachstellen entgegenwirkt.

Die Forscher um Stephen Chou ersetzen dazu die auch Fensterschicht genannte Oberfläche von organischen Solarzellen mit einer hauchdünnen Metallschicht. Unter dem Mikroskop betrachtet ähnelt die neue Oberfläche einem engen Netz. Die weiteren Bestandteile der Zelle ließen die Wissenschaftler unverändert. Auf die neue Oberfläche folgt weiterhin ein halbleiterfähiges Material. In diesem Fall Kunststoff . Den Boden bildet eine Metallschicht. Entscheidend für die spätere Effizienz der Solarzelle ist die besondere Anordnung des Metallnetzes an der Oberfläche. Sowohl die Abstände der einzelnen Moleküle zueinander, als auch der Abstand der Fensterschicht zur untersten Schicht der Zelle sind kleiner als die Wellenlänge von Licht.

In der Praxis wird das Licht in der Zelle gefangen gehalten, nachdem es in sie eingefallen ist. Chou nennt seine Entwicklung daher „ein schwarzes Loch für Licht“. Auf diese Weise schafften es die Amerikaner, 96 Prozent des einfallenden Sonnenlichts in den Solarzellen zu absorbieren. Nur vier Prozent wurden ungenutzt reflektiert. Das entspricht einer um 52 Prozent erhöhten Effizienz im Vergleich zu bisher verwendeten Solarmodulen. An bewölkten Tagen wächst der Vorteil der verbesserten Lichtabsorption sogar auf 81 Prozent. Das entspricht einer um 178 Prozent höheren Leistung bei diffusem Sonnenlicht.

Die Forscher hatten von Beginn an mit positiven Ergebnissen gerechnet. „Doch lag der festgestellte Anstieg über den Erwartungen”, erklärt Chou. Dabei ist die Fertigung der innovativen Fensterschicht einfach und kosteneffizient. Dank einer vor 16 Jahren von Chou entwickelten Technik können die Wissenschaftler bereits jetzt tapetengroße Flächen mit der Technologie ausstatten. Ähnlich dem Druck einer Zeitung werden die Module dabei mit der hauchdünnen Metalloberfläche versehen.

Das Verfahren muss zwar noch weiterentwickelt werden, um es bei jeder Art Solarzelle einsetzen zu können. Bisher können nur organische Solarzellen damit versehen werden. Doch gehen die Entwickler davon aus, dass auch Module mit Silizium als Halbleitermaterial von der Technik profitieren können. Für die gesteigerte Absorption von Licht ist es unerheblich, welches Material sich unter dem Metallfilm an der Oberfläche befindet. Einzig die richtige Anordnung „ist für die hohe Effizienz entscheidend”, so Chou.

Auf Siliziumzellen übertragen würde die Technik nicht nur deren Effizienz steigern. Auch deren Größe und Gewicht könnte reduziert werden. Das eingesparte Material würde wiederum die Produktionskosten senken. Wenn die Beschichtungsmethode auf Silizium basierende Solarmodule angewendet wird, könnte sie eine neue, leistungsfähigere und günstigere Generation von Solarzellen begründen.

Die Endverbraucher könnten dann mit höheren Einkünften aus dem Verkauf von Strom rechnen. Die niedrigeren Bezugskosten dürften Solarzellen zusätzliche Attraktivität verleihen. Mit der neuen Technik könnte die Erzeugung von Solarstrom dann auch in unseren Breitengraden ohne zusätzliche Förderung auskommen. Vor diesem Hintergrund müsste dann die Subvention von Solarstrom neu überdacht werden.

 

Kommentare

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  1. Thomas Steiner sagt:

    96% des einfallendenen Lichtes werden absorbiert, das ist schon eine wahnsinnig gute Steigerung! Jetzt ist die Anschaffung einer Solaranlage zwar noch immer nicht gannz billig, wenn die Entwicklung aber so voran geht, wird die Solartechnik bald einer der wichtigsten Faktoren für die Energiegewinnung sein!

  2. Chrístian sagt:

    Also bei uns im Ort gibts eine PV-Anlage aus dem Jahr 1991, diese funktioniert immer noch, ein Wechselrichter war defekt, seit dem stieg die Leistung wegen des höheren Wirkungsgrad.
    Eine PV-Anlage kann in Deutschland (aktueller Preis) 1200 €/kWp bei 1000 kWh/Jahr auf 20 Jahre gesehen zu Gestehungskosten von ca 7 ct/kWh produzieren.
    Zur der These mehr Stromverbrauch als Erzeugung: Wenn man jetzt mal annimmt, dass der Strom für die Produktion eines kWp 5 ct/kWh kostet, dann müssten 60000 kWh Strom für ein kWp notwendig sein (Preis 1200€/kWp), dass glaubt ja wohl keiner. Die meisten annerkannten Quellen, gehen von deutlich unter 10 Jahren aus, danach gibts einen Reingewinn für die Umwelt!!

  3. Gregor Schock sagt:

    Keiner spricht ernsthaft von der Lebensdauer einer Solarzelle.

    Ich habe Langzeittests gemacht und dabei festgestellt, dass kein Produkt länger als acht bis neun Jahre gehalten hat.

    Wenn die Amortisationszeit (incl. Fördermittel) bei zehn Jahren liegt, ist die gesamte Solartechnik ein scheinheiliger Selbstbetrug.

    Die Betreiber solcher Anlagen werden die Bauchlandung nicht zugeben, denn dann fallen auch die Fördermittel weg.

    Gregor Schock Hamburg Schiffsing. im Ruhest.

  4. Zeitzeuge sagt:

    Wenn ich sehe, auf wievie Solarpanelen im Winter einfach nur Schnee liegt, den niemand wegräumt (ist gar nicht vorgesehen), dann sind solche Technologien im Prinzip für unsere Breiten auch nur für die Katz….

  5. Klaus Plöger sagt:

    Schöne neue ‚grüne‘ Welt!
    Bei Dünnschichtsolarzellen sind 95% Absorption der Standard, was einer Reflektion von nur 5% entspricht. Wie berechnet sich jetzt der Effizienzgewinn von 51%, wenn 96% absorbiert werden?
    „Auf Siliziumzellen übertragen würde die Technik nicht nur deren Effizienz steigern…“ schöner Vergleich, der nur auf Effekthascherei angelegt ist, die Dinger sind schon lange nicht mehr Stand der Technik. Man könnte auch die sogenannte „Edisonlampe“ mit einer LED vergleichen.
    Da sich die Fensterschicht aber nur in den Materialien unterscheidet, bleibt der Hauptkostenfaktor bestehen, die Energiekosten. Das heißt aber, solange für die Produktion einer Solarzelle noch mehr Energie benötigt wird, als diese während ihrer gesamten Lebensdauer liefern kann, ist dieser Weg der Energiegewinnung unwirtschaftlich.
    „Die Endverbraucher könnten dann mit höheren Einkünften aus dem Verkauf von Strom rechnen.“ Ein interessanter Aspekt. Leider ist mir kein einziger Verbraucher bekannt, der verkauft. Soweit mir bekannt ist tun das nur Erzeuger. Und damit werden die Besserverdienenden auch hier wieder besser verdienen.
    Mit freundlichem Nachdenken
    Klaus Plöger

  6. otto f. krammer sagt:

    Die Solarenergie wird jetzt schon mittels gebräuchlicher PV-Elemente mit über 10% Wirkungsgrad über den Lithiumakku und den E-Motor auf die Strasse zur Fortbewegung gebracht, wogegen die Fossilkraftstoffe, die darin enthaltene Sonnenenergie nur zu etwa 0,04..0,06% zur Fortbewegung auf die Strasse bringen.
    Derzeit werden solche 250Watt-Paneele schon um etwa 0,5$/Wp FOB in China angeboten, als Hindernis stellt sich der teure Transport und der Zoll.