Innovationsradar Solarenergie

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Solarzellen: Wirkungsgradrekorde 2020

Im Jahr 2020 wurden einige Rekorde im Bereich der Effizienz von Solarzellen neu gesetzt, unter anderem vom Berliner Helmholtz-Zentrum. Das US-amerikanische NREL (National Renewable Energy Laboratory) listet international solche Rekorde auf, wenn sie von unabhängiger Seite wissenschaftlich zertifiziert sind. Das Labor gilt als eine der wichtigsten Einrichtungen für Forschung und Entwicklung in den Bereichen Erneuerbare Energie und Energieeffizienz. 

  • Die Illustration zeigt den schematischen Aufbau einer Tandemsolarzelle aus mehreren Lagen.Bild: Eike Köhnen/HZB

An der Spitze der Auflistung des NREL findet sich die Gruppe der Mehrfachsolarzellen (Multi-Junction-Solarzellen), die insgesamt die höchsten Wirkungsgrade aller Zellentechnologien ermöglichen. Hier hatte das NREL 2020 selbst eine Sechsfach-Solarzelle entwickelt, die einen Wirkungsgrad von 47,1 Prozent erreicht. Die Zelle ist aufgebaut aus rund 140 Schichten und dennoch drei Mal dünner als ein menschliches Haar. Die Forscher sehen gute Möglichkeiten, auf Basis dieser neusten Entwicklungen den Wirkungsgrad auf über 50 Prozent steigern zu können.

Einen weiteren Rekord bei Multi-Junction-Solarzellen veröffentlichte das NREL im Dezember 2020 (32,9 Prozent für eine sogenannte Two-junction Solar Cell).

Bei Tandemsolarzellen aus Silizium und Perowskit haben Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) 2020 ebenfalls einen Wirkungsgradrekord erzielt. Mit 29,15 Prozent lag dieser Wert über einen Prozentpunkt oberhalb des bislang gültigen Rekords einer Perowskit-Zelle der Oxford PV. Nun hat das Wissenschaftsteam um Prof. Dr. Steve Albrecht am HZB seine Ergebnisse publiziert.

Die Tandemzelle weist nicht nur einen herausragenden Wirkungsgrad auf, sie ist auch an Luft unter kontinuierlicher Belastung mehr als 300 Stunden stabil. Im Bereich neuartiger Photovoltaik-Technologien  bildet die in Berlin entwickelte Zelle damit die Weltspitze im Segment der „Emerging PV“. Sie ist vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) zertifiziert und wurde ebenfalls im NREL-Chart aufgenommen.

In der Gruppe organischer Solarzellen liegt der Wirkungsgrad insgesamt zwar niedriger, aber auch hier wurde 2020 ein neuer Rekord bei der Effizienz aufgestellt. So hat ein Team von der Universität in Hong Kong in Zusammenarbeit mit der US-amerikanischen University of Washington den Wirkungsgrad auf 17,5 Prozent steigern können.

Die Entwicklungen in der Solarzellenforschung seit Mitte der Siebziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts werden in den Charts anschaulich mit Gruppenzugehörigkeiten dargestellt.

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