Wissenschaftler am IBM T. J. Watson Research Center, USA, stellten
während der 33. IEEE Photovoltaics Specialists Conference in San
Diego, USA, einen Durchbruch in der Photovoltaik-Technologie vor, der
die Kosten für die Gewinnung von Solarstrom deutlich senken
könnte.
Die Methode ist altbekannt: Durch das Bündeln von Sonnenlicht mit
einem Spiegel oder einer Linse kann man Blätter und Zweige
entzünden. Mit der gleichen Technik haben IBM Forscher nun einen
Rekord in der Solarzellentechnologie aufgestellt: Mithilfe einer
grossen Fresnel-Linse konzentrieren sie 230 Watt Sonnenenergie auf eine
ein Quadratzentimeter kleine Solarzelle — das entspricht der
2300-fachen Bündelung des direkten Sonnenlichts. Diese so genannte
Konzentrator-Zelle (oder auch Konzentrator-Photovoltaik) wandelt die
Sonnenergie in 70 Watt elektrische Energie um und erzielt damit eine
fünfmal so hohe Leistungsdichte wie herkömmliche
Konzentrator-Photovoltaik (PV) Solarstromanlagen.
Heute verwendete Systeme konzentrieren ca. 20 Watt an Sonnenenergie. Im
Vergleich benötigt eine bisherige Konzentrator-PV Anlage ein
Zehnfaches an Solarzellen und weiteren Komponenten, um dieselbe Menge
an Solarstrom zu generieren wie das IBM System. Eine industrielle
Herstellung der IBM-Technologie könnte daher zu deutlichen
Kosteneinsparungen beim Bau einer Konzentrator-PV-Solaranlage
führen.
«Mit unserer Expertise und langjähriger Erfahrung in den
für uns klassischen Gebieten der Halbleitertechnik und
Chipforschung können wir entscheidend im 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 entscheidende Faktor, der zum Durchbruch führte, war die
Kühlung der Solarzellen. Die 2300-fache Konzentration von
Sonnenlicht auf eine Solarzelle generiert genug Wärmeenergie, um
selbst Stahl zum Schmelzen zu bringen. Ein Umstand, von dem sich die
Forscher in ihren Experimenten selbst überzeugten. Durch die
Anwendung von Methoden für die Kühlung von Mikroprozessoren,
die eine ähnlich hohe Wärmeentwicklung aufweisen, schaffen es
die Forscher, die Solarzellen von über 1600°C auf 85°C zu
kühlen.
Sie setzen dabei auf die so genannte
«Flüssigmetall»-Technologie: Eine extrem 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 als alle bisher
eingesetzten Materialien ab.
Die IBM Forschung auf dem Gebiet der Photovoltaik konzentriert 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.
