Tandem-Solarzelle schafft neuen Stromrekord

Ingenieure der Samueli-Ingenieursschule an der University of California haben die leistungsfähigste Dünnschicht-Solarzelle der Welt entwickelt. [...]

Präsentation der innovativen Rekordzelle im Labor
Der Einsatz von Microservices und Container-Technologie spielt bei der Modernisierung der IT eine entscheidende Rolle. (c) Oszie Tarula / UCLA

Während heutige Rekordhalter auf einen Wirkungsgrad von maximal 20 Prozent kommen, schafften die kalifornischen  Ingenieure der Samueli-Ingenieursschule  an der University of California mit ihrer smarten Tandem-Bauweise 22,4 Prozent.

Sandwich-Bauweise

Die erhebliche Leistungssteigerung haben die Wissenschaftler dank zweier übereinander liegender, aktiver Schichten erreicht. Eine davon ist Perowskit, ein Mineral, dem Experten ohnehin zutrauen, hohe Wirkungsgrade zu erreichen. Die zweite ist eine sogenannte CIGS-Zelle – benannt nach den verwendeten Elementen Kupfer, Indium und Gallium sowie einer Selenverbindung.

CIGS ist die untere Schicht, die noch Sonnenlicht abbekommt, weil die Perowskit-Zelle transparent ist. Den hohen Wirkungsgrad bestätigten Messungen am National Renewable Energy Laboratory, das zum US-Energieministerium gehört. 22,4 Prozent entspricht dem Wirkungsgrad von Siliziumzellen. Dünnschichtzellen aller Art lassen sich jedoch weitaus preiswerter herstellen. Zudem ist der Energiebedarf bei der Produktion erheblich niedriger, allein schon wegen der hohen Stromkosten für die Herstellung der kristallinen Siliziumwafer.

Arbeit in Mikrometern

„Mit unserer Tandem-Solarzelle nutzen wir verschiedene Bandbreiten des Lichts„, sagt Materialwissenschafter Yang Yang. „Das verbessert den Ertrag, verglichen mit einer reinen CIGS-Zelle.“ Hersteller von CIGS-Zellen könnten ohne große Veränderungen der Produktionstechnik Tandem-Zellen herstellen, meint Yang.

Die CIGS-Schicht ist nur zwei Mikrometer dick. Sie allein hat einen Wirkungsgrad von 18,7 Prozent. Die Differenz zu 22,4 Prozent liefert die Perowski-Zelle, die nur einen Mikrometer dick ist. Yang vergleicht die obere Schicht gern mit einem Turbolader, der die Leistung von Diesel- und Benzinmotoren deutlich steigert. Die Zelle ist auf einer zwei Millimeter dicken Glasscheibe aufgebaut. „Die Leistung unserer Zelle liegt um 20 Prozent über der einer reinen CIGS-Zelle“, so Yang. Das bedeute eine 20-prozentige Kostensenkung bei der Produktion. Damit gibt er sich nicht zufrieden. Nächstes Zeil ist ein Wirkungsgrad von 30 Prozent.


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