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Redaktion: Wissenschaft

Mehr Strom aus Licht
Hahn-Meitner-Institut entwickelt umweltfreundlichere Solarzelle mit Wirkungsgradrekord

Sonnige Zeiten für die beiden Solarzellenforscher Ulf Blieske und Ahmed Ennaoui vom Berliner Hahn-Meitner-Institut (HMI): Ihre neue Dünnschicht-Solarzelle erzielte einen Wirkungsgrad von 13,7 Prozent. Das sei ein weltweit bisher unerreichter Spitzenwert für diesen Zellentyp, berichtet Projektleiter Blieske. Die alte Bestmarke liegt bei 11,6 Prozent. Die Steigerung gelang den Wissenschaftlern, in dem sie vorhandene Fertigungsprozesse optimierten sowie neue entwickelten.

Bei diesem Solarzellentyp wird Zinkselenid statt des üblicherweise eingesetzten Cadmiumsulfids verwendet. Dieser Einsatz ermöglicht es, dass ein größerer Teil der höherenergetischen (blauen) Sonnenstrahlung in Strom umgewandelt wird. Zweiter Vorteil: Zinkselenid ist umweltfreundlicher als Cadmiumsulfid. Das erleichtere nicht nur die industrielle Produktion der Solarzellen in punkto Arbeitsschutz, sondern auch deren spätere Entsorgung, ergänzt Blieske.

Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von elektrischer Leistung der Solarzelle zur Strahlungsleistung des Lichtes. Beispiel: Werden 100 Watt Sonnenlicht in 13 Watt elektrische Leistung umgewandelt, ergibt das einen Wirkungsgrad von 13 Prozent. Die drei photoaktiven Schichten enthalten Zink-Sauerstoff-, Zink-Selen- und Kupfer-Indium-Selen-Verbindungen. In der Dünnschichttechnik werden sämtliche Schichten der Solarzelle auf eine Glasunterlage - dem Substrat - gebracht. „Die Zellen müssen nicht auseinandergesägt, verschaltet und in ein Modul geklebt werden“, erklärt Blieske, „sondern sie werden als Modul gefertigt“.

Dünnschicht-Solarzellen sind bereits heute auf dem Markt, allerdings mit einem wesentlich geringeren Wirkungsgrad als herkömmliche Solarzellen: etwa 7 Prozent gegenüber 13 Prozent. Module aus Dünnschicht-Solarzellen kosten aber nur die Hälfte wie die herkömmlichen Produkte: etwa 400 Mark pro Quadratmeter. Darum wird die neue HMI-Zelle mit dem gesteigerten Wirkungsgrad den Solarbereich revolutionieren. Aber noch seien sie in der Laborproduktion mit kleinen Stückzahlen, sagt Blieske.

Die Dünnschicht-Solarzellen mit den Zinkselenid-Schichten können sowohl durch chemische Abscheidung im Bad als auch im Gas hergestellt werden In beiden Prozessen werden die weniger als ein Tausendstel Millimeter dicken Halbleiterschichten aufgebracht. Die chemische Abscheidung im Bad hat den Vorteil, dass dabei nur einfache und damit kostengünstige Geräte benötigt werden. Im Gas können großflächig homogene Dünnschichten erzeugt werden. Industrielle Fertigungsgrößen können Dimensionen von 30 mal 30 Zentimeter oder auch 40 mal 80 Zentimeter erreichen. Blieske schätzt, dass in vielleicht zehn Jahren herkömmliche Solarzellen durch die Dünnschicht-Solarzelle verdrängt worden sind.

Der HMI-Prototyp hat eine „Größe“ von einem Quadratzentimeter und bringt unter sogenannten Standardbedingungen im Labor rund 14 Milliwatt Leistung auf. Diese Standardbedingungen erfülle auch ein Berliner Sonnentag im Sommer, sagt Blieske. Bei dem Forschungsmodell handele es sich um eine kostengünstige Industriesolarzelle von Siemens Solar Industries und nicht um eine auf Rekordleistung getrimmte Sonderanfertigung, betont er weiter.

Doch die Physik der Solarzelle setzt dem Forscherdrang auch Grenzen: Der theoretisch maximale Wirkungsgrad für eine Zelle liegt bei etwa 30 Prozent. Durch Überlagerung mehrerer Zellen ließe sich der Quotient vermutlich auf 40 Prozent steigern, schätzt Blieske. Mehr geht aber nicht.

Erschienen am 04.04.1998 in der Berliner Morgenpost

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(update 04.01.2011)

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