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.