Durch Nanotechnologie-Ansätze lässt sich die Effizienz von Photovoltaik-Modulen signifikant steigern, sagen Forscher. Im Konkurrenzkampf mit anderen Energieformen kann das den entscheidenden Ausschlag geben.

Ein wesentliches Problem der Photovoltaik ist, dass die meisten momentan verbauten Zellen nicht einmal 20 Prozent des einfallenden Sonnenlichts umwandeln in elektrischen Strom. Das beste kommerziell verfügbare Silizium-Modul von SunPower schafft gerade mal 24% Effizienz. Das lässt sich durch die geschickte Kombination von PV-Zellen und Solarthermie zwar steigern (Hybridmodule), der Strom wird dadurch aber auch nicht mehr. Vor kurzem wurde ein Ansatz präsentiert, der mittels Nanostrukturen erhebliche Effizienz-Steigerungen für Photovoltaik-Module bringen könnte.

50% Effizienz

ARPA-e, die Advanced Research Projects Agency – Energy, hat 2,4 Millionen US Dollar Fördergelder an Harry Atwater der Caltech (Californian Institute of Technology) vergeben, um Grundlagenforschung für Solarzellen ab und jenseits der 50%-Effizienzgrenze zu betreiben.

Steigert man die Modul-Effizienz dermaßen, braucht man für die gleiche Leistung die halbe Fläche, oder man bekommt doppelt so viel Strom von seinem Hausdach. Was das für die Wettbewerbsfähigkeit der Photovoltaik gegenüber fossilen Energieträgern bedeutet, kann man sich recht leicht ausmalen.

Prof. Atwater vermutet, dass eine Kombination intelligenter Lichtverwaltung auf Nanoebene und eine ebenso schlaue Modul-Architektur die Stromausbeute einer Zelle um ein Vielfaches gegenüber heutigen Spitzenforschungsergebnissen steigern kann.

Ziel ist es, eine Photovoltaik-Zelle zu kreieren, die für die Umwandlung einzelner Licht-Wellenlängen  in Strom nicht auf eine vertikal geschichtete Struktur setzt, sondern eine parallele Architektur aufweist, bei der ein optisches System das Sonnenlicht in seine einzelnen Wellenbänder aufspaltet und zu Halbleitermaterialien leitet, die speziell für die Wandlung dieses einen schmalen Wellenbandes geschaffen wurden. Der Ansatz ist nicht einmal neu – aber kaum verfeinert. Und um diese Optimierung möchte sich Prof. Atwater kümmern.

Nachdem sich Atwater mit seiner Forschung an der Spitze der Entwicklung befindet, ist es fraglich, wie lang es dauert, bis eine solche Technik am Markt ankommt. Zumindest Teile der von ihm eingesetzten Technologien werden schon kommerziell eingesetzt: in speziellen Multiplexern für Glasfasernetzwerke. Das wissen auch die Geldgeber: Cheryl Martin, stellvertretende Direktorin der ARPA-e, stellte auf einer Veranstaltung die Ziele ihrer Organisation richtig: „Wir finanzieren die Dinge, die die anderen nicht mehr finanzieren wollen.“

PS: das Internet hieß in seinen Anfangstagen auch mal ARPA-Net. Aber es hat 30 Jahre gedauert, bis das Internet bei der Masse wirklich ankam.

1 Kommentar

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