Solaranlagen gelten als eine bedeutende Komponente für eine klimafreundliche Erzeugung von Strom. Sie decken bereits heute einen signifikanten Anteil des täglichen Strombedarfs. Allerdings ist der Wirkungsgrad handelsüblicher Solarzellen nicht sonderlich hoch. Monokristalline Module, die derzeit die Leistungsspitze darstellen, erreichen kaum mehr als 23 Prozent.
Dieser Wert kann bei auf Silizium basierenden Solarzellen noch auf rund 33 Prozent gesteigert werden. Dann wird die sogenannte Shockley-Queisser-Grenze erreicht, die das mögliche Maximum dieser Technologie darstellt. Um den Anteil der Solarenergie weiter zu steigern, muss entweder der Zubau weiterhin deutlich gesteigert oder aber es müssen leistungsfähigere Zellen entwickelt werden. Dazu wird bereits versucht, die aktuellen Technologien zu optimieren, etwa durch neuartige Beschichtungen. Daneben arbeiten Forscher aber auch an gänzlich neuen Zellen.
Verdopplung des Wirkungsgrads nach 15 Jahren Entwicklung
Spanische Wissenschaftler haben nach einer 15 Jahre währenden Forschungsarbeit offenbar den Durchbruch geschafft. Die von ihnen entwickelte Solarzelle erreicht einen theoretischen Wirkungsgrad von 60 Prozent, was dem Doppelten der aktuell üblichen Zellen entspricht. Dazu haben sie auf Silizium als Ausgangsstoff verzichtet. Sie setzen bei ihren Halbleitern stattdessen Galliumphosphid und Titan ein. Damit konnte eine Struktur erzeugt werden, mit der eine bessere Absorption von Licht mit Wellenlängen von mehr als 550 nm möglich ist.
Bis zur Marktreife der neuartigen Zellen wird es allerdings noch dauern. Der entwickelte Prototyp stellt mit einer Fläche von lediglich einem Quadratzentimeter kaum mehr als eine technische Machbarkeitsstudie dar. Selbst die Leistung der realisierten Solarzelle als solcher ist längst noch nicht auf dem Niveau, das mit der Technologie möglich sein soll. Dieser Schritt soll erst mit einem weiteren Prototyp erreicht werden, mit dem auch weitere Probleme, die einer künftigen Fertigung im Weg stehen, etwa bei der Einbindung des Titans, angegangen werden sollen.
Die Spanier sind allerdings nicht die Einzigen, die Silizium durch Gallium ersetzen, um eine leistungsfähigere Solarzelle zu kreieren. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE präsentierte bereits 2022 einen entsprechenden Prototyp, der allerdings nur einen Wirkungsgrad von knapp 50 Prozent erreichte.
