Solarzellen Wirkungsgrad: Neuer Materialmix sorgt für tausendfache Power – Solarzellen stellen einen wichtigen Baustein für die Energieerzeugung der Zukunft dar. Dennoch gibt es immer wieder einige Vorurteile zu Solarzellen. Ein Vorurteil ist: Zur Produktion einer Solarstromanlage braucht man mehr Energie, als die Anlage jemals produzieren wird!“ Forscher haben herausgefunden, das eine herkömmliche Solaranlage innerhalb ihrer normalen Nutzungsdauer ungefähr das 12,5 an Energie erzeugt, wie vorher bei der Herstellung der Anlage aufgewendet wurde.

Ein weiteres Vorurteil ist: „Photovoltaik hat einen zu geringen Wirkungsgrad“. Dr. Jürgen Großmann, ehem. Vorstandsvorsitzender der RWE AG, äußerte am 17.01.2012 „Der Ausbau der Solarenergie in Deutschland ist so sinnvoll wie Ananas züchten in Alaska“

Die Frage ist auch immer wieder: Reicht der Platz in Deutschland aus, um mit Photovoltaik genügend Energie zu erzeugen. Und reicht auch der Wirkungsgrad aus, um Solarzellen attraktiv zu machen.

Solarzellen Wirkungsgrad – neuer Materialmix und tausendfache Power

Das alles könnte sich jetzt ändern, und die Fragen würden nicht mehr gestellt. Forschern der Universität Halle-Wittenberg ist es gelungen, durch einen neuen Materialmix tausendfache Power der Solarzellen zu ereichen. Durch die Verbindung dreier Kristallschichten konnte der photovoltaische Effekt sehr deutlich erhöht werden. An der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) wird weiter aktiv in Technik und Forschung von Solarzellen investiert.

In Deutschland hatte die Solarbranche mit vielen Problemen zu kämpfen, schließlich sind einige bedeutende Unternehmen aus der Solarbranche in Insolvenz und letztlich in die Abwicklung gegangen. Aber: Photovoltaik gilt immer noch als wichtiger Baustein auf dem Weg, den CO2-Ausstoß zu verringern.

Forscher von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Jetzt haben die Forscher von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg einen neuen Materialmix für Solarzellen vorgestellt, der den photovoltaischen Effekt um den Faktor 1.000 steigern kann. Dafür erzeugten sie kristalline Schichten aus Barium-, Strontium- und Calciumtitanat, die sie abwechselnd übereinanderlegten. Diese hervorragenden Ergebnisse, wurden jetzt auch in der angesehenen Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Ferroelektrische Kristalle

Statt dem bisher bei Solarzellen eingesetzten Silizium, dessen Wirkungsgrad begrenzt ist, verwenden die Forscher sogenannte Ferroelektrika. „Ferroelektrisch bedeutet, dass das Material räumlich getrennte positive und negative Ladungen besitzt“, erklärt der Physiker Akash Bhatnagar vom Zentrum für Innovationskompetenz SiLi-nano der MLU. Im Gegensatz zu Silizium benötigen ferroelektrische Kristalle für den photovoltaischen Effekt keine positiv und negativ dotierten Schichten, was die Herstellung von Solarmodulen wesentlich erleichtere, so der Experte.

Die Forscher und Wissenschaftler der MLU gingen aber noch weiter und verstärkten den Effekt noch, so setzten die Experten nicht nur eine Schicht aus Bariumtitanat ein, sondern betteten diese in zwei weitere paraelektrische Schichten aus Strontium- und Calciumtitanat ein. Dafür wurden die Kristalle mit einem Hochleistungslaser verdampft und auf Trägersubstraten wieder abgelagert. Das so hergestellte Material besteht aus 500 Schichten und ist etwa 200 Nanometer dick.

Hohe Effektivität des Materialmix

Bei Tests mit Laserlicht waren die Experten selbst von der Effektivität des Materialmix überrascht. Der Stromfluss war bis zu 1.000-mal stärker als Messungen es mit reinem Bariumtitanat ergeben hatten. „Offenbar führt die Interaktion der Gitterschichten zu einer wesentlich höheren Permittivität – also dazu, dass die Elektronen aufgrund der Anregung durch die Lichtphotonen deutlich leichter abfließen können“, sagt Bhatagnar. Der nächste Schritt muss nun folgen, das Material muss noch auf seine Haltbarkeit und Festigkeit untersucht werden, auch wenn erste Tests auf eine relativ hohe Robustheit hindeuten. Anschließend müssen schlagkräftige Produktionspartner überzeugt und gewonnen werden – ein Prozess, der erfahrungsgemäß lange dauern kann.