Schichten stapeln: So will die Solarbranche mehr Strom aus dem Sonnenlicht holen

Forschende arbeiten an Solarzellen, die den Energiegehalt des Sonnenlichts weit besser ausschöpfen können als die Standard-Photovoltaik. Bald sollen erste Module dieser Art auf den Markt kommen. Lassen sich die verbleibenden Hürden überwinden?

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Hand mit blauem Gummihandschuh hält eine ein Quadratzentimeter große Solarzelle

Feuer, Hitze, Leidenschaft – dafür steht die Farbe Rot. Blau hingegen vermittelt Kühle, Ruhe und Entspannung. Aus physikalischer Sicht verhält es sich jedoch genau andersherum: Der blaue Bereich des Farbspektrums trägt mehr Energie in sich, da blaue Lichtwellen schneller schwingen als rote.

Für die heute gängigen Photovoltaik-Module ist das ein Nachteil. Denn ihre Solarzellen bestehen aus Silizium, das ausgerechnet im blauen Bereich des Lichts nicht besonders leistungsfähig ist, es also schlechter verwerten kann als rotes Licht. Daher suchen Forschende weltweit seit langem nach Materialien, die auch die energiereicheren Lichtteilchen gut ausnutzen können.

In den vergangenen Jahren sind hier vor allem synthetisch hergestellte Perowskite in den Blick gerückt. Diese kristallinen Verbindungen sollen das Silizium in den Solarzellen ergänzen. Die Wissenschaftler setzen dabei auf eine Schichtstruktur: unten Silizium, das vor allem die rote Strahlung erschließt, und darüber Perowskite, die den blauen und auch den grünen Anteil des Lichtspektrums nutzen.

Mit diesem Doppel übertreffen die Forschenden aus Wissenschaft und Industrie die Effizienz konventioneller Silizium-Solarzellen deutlich. Den Rekord hält derzeit der chinesische Photovoltaik-Konzern Longi. Das Unternehmen hat im letzten Jahr eine Perowskit-Silizium-Zelle präsentiert, die knapp 35 Prozent der einfallenden Sonnenenergie in Strom umwandelt. Die beste reine Silizium-Zelle erreicht im Labor momentan gut 27 Prozent.

Damit ist sie nicht mehr weit von ihrem physikalisch möglichen Maximum von 29,4 Prozent entfernt. Bei Perowskit-Silizium-Zellen ist dagegen noch Luft nach oben, sagt Stefan Glunz, Direktor Photovoltaik beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. „Unter optimistisch-realistischen Bedingungen liegt der maximal erreichbare Wirkungsgrad von Perowskit-Silizium-Zellen bei 39,5 Prozent“, erklärt der Wissenschaftler.

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