IBM: Forschern gelingt der Durchbruch in Solarzellentechnologie

Auf der 33. IEE Photovoltaics Specialists Conference im US-amerikanischen Sandiego stellten IBM-Wissenschaftler einen Durchbruch in der Photovoltaik-Technologie vor. Dieser könnte die Kosten, die bei der Gewinnung von Solarstrom anfallen, massiv senken.

IBM Forscher waren in der Lage, einen neuen Rekord in der Solarzellentechnik aufzustellen. Mit Hilfe einer großen Fresnel-Linse konzentrierten sie 230 Watt Sonnenenergie auf eine ein Quadratzentimeter kleine Solarzelle, was einer 2300-fachen Bündelung des direkten Sonnenlichts entspricht. Diese so genannte Konzentrator-Zelle (oder Konzentrator-Photovoltaik) verwandelt Sonnenergie in 70 Watt elektrische Energie und erzielt damit eine 5x höhere Leistungsdichte wie herkömmliche Konzentrator-Photovoltaik Solarstromanlagen.

Die momentan genutzten Solarsysteme konzentrieren etwa 200 Watt solarer Energie und gewinnen daraus 20 Watt Solarstrom. Die bisherigen Anlagen brauchen im Vergleich ein Zehnfaches an Solarzellen und weiteren Komponenten, um die gleiche Menge an Solarstrom zu generieren wie das neue IBM System. Würde die IBM-Technologie den Sprung in die industrielle Herstellung schaffen, könnte dies zu einer massiven Kosteneinsparung beim Bau von Konzentrator-PV-Solaranlagen führen.

"Mit unserer Expertise und langjähriger Erfahrung in den für uns klassischen Gebieten der Halbleitertechnik und Chipforschung können wir entscheidend zum Bereich der alternativen Energieforschung beitragen", sagt Dr. Supratik Guha, Forschungsleiter für Photovoltaik bei IBM Research. Er führt weiter aus: "Dieses Projekt ist Teil unserer Grundlagenforschung, die nicht nur das Wissen über Solarzellentechnologie erweitert, sondern den Weg für Innovationen in einer ganzen Industrie bereitet."

Der zum Durchbruch führende Faktor war die Kühlung der Solarzellen. Die Konzentration des Sonnenlichts um das 2300-fache generiert dermaßen Wärmeenergie, dass damit Stahl zum Schmelzen gebracht werden kann. Die IBM-Forscher überzeugten sich von diesem Umstand in Versuchen selbst. Methoden für die Kühlung von Mikroprozessoren, die eine ähnlich hohe Wärmeentwicklung aufweisen wurden nun auch bei den Solarzellen angewandt was es möglich machte, diese von über 1600°C auf 85°C zu kühlen.

Dabei kommt die "Flüssigmetall"-Technologie zum Einsatz: Eine sehr dünne Schicht einer Gallium-Indium Legierung wird zwischen der Solarzelle und dem wassergekühlten Kühlkörper aufgetragen. Diese spezielle "Flüssigmetall"-Schicht führt die Wärme wesentlich besser und effizienter ab als alle bisher eingesetzten Materialien.

Die Forschung der IBM-Wissenschaftler auf dem Sektor Photovoltaik erstreckt sich auf vier Kernthemen: die Anwendung bestehender Technologien in der Solartechnik, die Entwicklung günstigerer und effizienterer Silizium-Solarzellen, die Konzentration von Photovoltaikzellen auf engem Raum, sowie die Erforschung neuer Lösungen mit dünnen Photovoltaikfilmen und neuartiger Photovoltaik-Konstruktionen auf der Basis von Nanostrukturen wie Halbleiter-Quantenpunkten und Nanodrähten. Ziel dieser Projekte ist es, kostengünstige und effiziente Photovoltaik-Module zu entwickeln, die die Komplexität minimieren und die Flexibilität der Solarstromproduktion erhöhen.