Die Evolution der Solarzelleneffizienz: Wie weit sind wir gekommen und wohin gehen wir?
Die Sonne – eine unerschöpfliche Quelle sauberer Energie, die seit Jahrtausenden unsere Welt erleuchtet. Doch erst in den letzten Jahrzehnten haben wir begonnen, ihr volles Potenzial zu nutzen, und die Photovoltaik ist dabei zur Schlüsseltechnologie geworden. Ihre Entwicklung ist eine faszinierende Reise durch die Welt der Halbleiter und des menschlichen Erfindergeistes.
Ein grundlegendes Konzept, das die Effizienz von Solarzellen bestimmt, ist die Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials. Vereinfacht ausgedrückt, bestimmt diese Bandlücke die Energiemenge des Lichts (abhängig von der Wellenlänge), die ein Halbleiter absorbieren kann. Das am häufigsten verwendete Material in Solarzellen ist Silizium, das eine Bandlücke von 1,1 Elektronenvolt (eV) aufweist. Diese Eigenschaft begrenzt den theoretischen Wirkungsgrad einer herkömmlichen Silizium-Solarzelle auf etwa 32%. Die Grenze wurde schon 1961 (https://en.wikipedia.org/wiki/Shockley%E2%80%93Queisser_limit) von den Forschern Shockley und Queisser errechnet!
Diese theoretischen Maximalwerte sind in der Praxis schwer zu erreichen, doch die Wissenschaft macht stetige Fortschritte. Durch den Einsatz von «Trick»-Techniken wie der Heterojunction-Technologie (HIT) erreichen moderne Silizium-Solarzellen bereits einen beeindruckenden Wirkungsgrad von 27%. Hierbei werden zwei verschiedene Bandlücken (aus demselben Material) genutzt, um das Licht effizienter zu absorbieren und in Strom umzuwandeln.
Doch damit nicht genug. Forscher experimentieren mit mehrschichtigen Solarzellen, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen absorbieren können. Diese “Tandemzellen” könnten theoretisch Wirkungsgrade von bis zu 47,6% erreichen. Doch der Weg zur Kommerzialisierung ist noch steinig, da diese Technologie noch zu teuer ist.
Ein Blick auf die aktuellsten Entwicklungen zeigt, dass wir uns ständig verbessern. Ein neuer Weltrekord für den Wirkungsgrad liegt derzeit bei 33,9%, erreicht von Longi Solar mit einer Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle.
Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) der USA liefert uns einen spannenden Einblick in diese rasante Entwicklung. Ihr Tool zur Erfassung von Forschungswirkungsgraden zeigt die besten Leistungen verschiedener Photovoltaik-Technologien, einschließlich Strom, Spannung und Füllfaktor.
https://www.nrel.gov/pv/interactive-cell-efficiency.html
Anwendende der Photovoltaik können von diesen Entwicklungen stark profitieren. Auch in den letzten zwei Jahren sind die Modulleistungen von 375 W auf aktuell 450 W angestiegen. Auch das hilft stark mit, die Attraktivität von Photovoltaikanlagen zu erhöhen, weil Sie für die gleiche Arbeit, Montagesystemkosten etc. mehr Leistung und damit auch einen höheren Energieertrag bekommen!
Weil die SRS im Care-&-Share-Modell die bestmöglichen Technologien einsetzt, konnten wir die Strompreise in den letzten Jahren reduzieren. Neben dem Wirkungsgrad spielen natürlich auch Faktoren wie Langlebigkeit, Kosten, Schwachlicht-Verhalten, Anlagen-Optimierungen über Ausrichtung und Verkabelung etc. eine grosse Rolle.
