Wirkungsgrad von Solarzellen – Optimierungsbedarf

Solarzellen erfreuen sich wachsender Beliebtheit, gelten sie doch als eine klimafreundliche Stromquelle. Allerdings bergen sie noch einigen Optimierungsbedarf vor allem hinsichtlich ihres Wirkungsgrads.

Solarzellen – oder wie sie in der Fachsprache auch genannt werden photovoltaische Zellen – wandeln Strahlungsenergie – üblicherweise Sonnenlicht – in elektrische Energie um. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle gibt dabei an, wie viel der zur Verfügung stehenden Energie sie tatsächlich in Solarstrom umwandelt. Je höher also der Wirkungsgrad von Solarzellen, umso effizienter ist eine Solarzelle.

Beeinflussende Faktoren für den Wirkungsgrad von Solarzellen

Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist die Division der Strahlungsenergie durch die abgegebene Energie und wird in Prozent angegeben. Dabei ist nicht nur das Material ausschlaggebend, sondern auch die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom kann zu Energieverlusten im unteren Prozentbereich führen.

Am häufigsten kommen Modultypen aus monokristallinem und polykristallinem Silizium zum Einsatz. Während erstgenannte Wirkungsgrade zwischen 20 und 22 Prozent erzielen können, liegt dieser Wert bei letztgenannt etwa zwischen 15 und 20 Prozent.

Vor- und Nachteile der einzelnen Modultypen

Während monokristalline Module zwar höhere Wirkungsgrade erzielen können, stehen auf der Nachteilseite ein hoher Energie- und Kostenaufwand für die Züchtung der notwendigen großen Siliziumkristalle. Als Alternative werden daher momentan quasi-monokristalline Module gehandelt. Diese weisen aufgrund einer speziellen Steuerung im Kristallwachstumsverlauf ähnliche Eigenschaften auf. Eine andere Variante bilden sogenannte Dünnschichtmodule, die in ihrer Herstellung günstiger sind. Die einfachste Form der Dünnschichtmodule bilden dünne ausgedampfte Schichten aus amorphem Silizium. Allerdings erzielen diese lediglich Wirkungsgrade von unter zehn Prozent. Vielversprechender sind daher sogenannte CIGS-Module, die aus Kupfer, Indium, Gallium und Diselenid bestehen. Hier liegt der Wirkungsgrad von Solarzellen bei fast 15 Prozent.

Stand der Forschung zum Wirkungsgrad von Solarzellen.

Zwar purzeln derzeit bei der Entwicklung immer neuer Module die Rekorde in Bezug auf den Wirkungsgrad von Solarzellen, doch handelt es sich hierbei immer zunächst um Wirkungsgrade, die Forschende unter Laborbedingungen erzielen. Allerdings zeigen diese Forschungsergebnisse bereits, dass auch andere Materialien erfolgreich für die Gewinnung von Solarstrom eingesetzt werden können. So hat ein multidisziplinäres Team von sechs Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Belege für ferroelektrische Mikrostrukturen gefunden und konnte somit die Eigenschaften metallorganischer Perowskit-Solarzellen, die unter Laborbedingungen ebenfalls Wirkungsgrade von 25 Prozent erreichen, erklären.

Für den Kampf gegen den Klimawandel und für das Erreichen der Klimaziele ist die Fortentwicklung von Solarzellen und die Verbesserung der Wirkungsgrade von Solarzellen unabdingbar.