Je besser eine Solarzelle das Sonnenlicht umwandeln kann, desto mehr Strom kann sie aus dem gleichen verfügbaren Licht gewinnen. Mithilfe des sogenannten Wirkungsgrads beschreibt man, wie viel der potenziell möglichen Energieausbeute eine Solarzelle auch in Strom umwandeln kann. Die meisten der heute gängigen Silizium-Modelle erreichen dabei einen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent. Jetzt gelang es erstmals einem Forscherteam, eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 60 Prozent zu schaffen. Dadurch könnten diese Solarzellen rund dreimal mehr Strom aus der gleichen Menge Licht erzeugen als heutige Modelle.
Solarzellen dreimal leistungsfähiger
Bisherige Meilensteine bei der Erforschung von Solarzellen und ihren Wirkungsgraden lagen für Siliziumsolarzellen bei 27 Prozent. Mehrfachsolarzellen konnten einen Weltrekord von 46 Prozent erzielen. Natürlich gelten all diese Werte unter Laborbedingungen. Dennoch ist eine Verbesserung der erreichten Umwandlung auf 60 Prozent ein großer Erfolg für das spanische Forscherteam der Universidad Complutense de Madrid. Rund 15 Jahre Forschungsarbeit sind in dieses Ergebnis geflossen, um eine möglichst leistungsstarke Solarzelle auf Basis von Galliumphosphid und Titan zu entwickeln.
Die Verwendung von unterschiedlichen Materialien, um Solarzellen zu optimieren, beruht auf dem sogenannten Shockley-Queisser-Limit. Mit diesem lässt sich angeben, wie viel Anteil des Sonnenlichts durch ein bestimmtes Material überhaupt in Strom umgewandelt werden könnte. Bei herkömmlichen Siliziumzellen liegt dieser Wert bei 33 Prozent. Es wäre somit für Siliziummodule nie möglich, mehr als ein Drittel des Lichts in Strom zu verwandeln. Zwei Drittel der Energie würden stets ungenutzt verloren gehen – üblicherweise in Form von Wärme, die abgegeben wird. Schon heute arbeiten Forscher daher an hybriden Siliziumzellen, die zusätzlich auf Perowskit setzen. Der Mix aus Galliumphosphid und Titan bietet jedoch ein wesentlich besseres Verhältnis nach dem Shockley-Queisser-Limit. In der Theorie könnten sie beinahe zwei Drittel der Sonnenenergie in Strom umwandeln.
Prototyp der neuen Solarzelle in Ausarbeitung
Ein vollständiges Solarmodul haben die spanischen Forscher bisher nicht hergestellt. Bis die Technologie tatsächlich reif genug ist, um als ganzes Solarmodul zur Anwendung zu finden, dürften noch mehrere Jahre vergehen. Bisher gelang es lediglich ein Quadratzentimeter großes Teststück herzustellen, um das Potenzial der Zusammensetzung zu bestimmen. Auf Grundlage dieser gesammelten Daten soll nun der Prototyp einer passenden Solarzelle hergestellt werden. Lassen sich die theoretischen Werte nicht nur in einem Teststück, sondern in der gesamten Solarzelle erreichen, wäre das ein großer Durchbruch. Da jedoch allein die Herstellung von Solarzellen mit Titan als Material eine Herausforderung darstellt, dürften noch einige Hürden zwischen dem Prototyp sowie einem fertigen Solarmodul stehen.
Europa arbeitet an eigener perfekter Solarzelle
Nicht nur an einzelnen Universitäten arbeiten Forscher daran, neue und optimierte Solarzellen bereitzustellen. Auch Europa bleibt als Einheit dabei nicht untätig, um eine bessere Position für die heimische Solarindustrie zu erzielen. Um sich von der Konkurrenz in China und deren billigen Massenproduktion abzuheben, arbeitet die EU gleich an mehreren Ansätzen, um die ideale Solarzelle heimisch zu fertigen. „Platform Zero“ entwickelt innovative Fertigungsansätze für vier Pilotanlagen, mit denen man die Produktionskosten senken will, obwohl die Produktqualität zugleich steigen soll. Unter anderem soll auch der Einsatz von künstlicher Intelligenz genutzt werden, um Ausschussware zukünftig auszuschließen.