Neue Beschichtung soll Effektivität von Solarzellen um ein Viertel steigern
Ein Start-Up aus Schweden will den Markt der Sonnenstrom-Erzeugung neu beleben. Mit einer Tinte – SolInk genannt – wollen sie die Effektivität von konventionellen Solarmodulen um 25 Prozent steigern. Nanodrähte aus dem teuren, aber effektiven Galliumarsenid sollen das ermöglichen.
Die Effektivität konventioneller Solarzellen will das schwedische Start-Up Sol Voltaics mit winzigen Nanodrähten um 25 Prozent steigern.
Foto: dpa
Die Energiewende beschert den Menschen in Deutschland derzeit höhere Kosten. Denn die Umlage für das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wurde Anfang Januar auf 5,28 Cent pro verbrauchte Kilowattstunde erhöht. Ziel dieser Umlage ist es, den Anteil der Erneuerbaren weiter auszubauen. Ein gravierendes Problem bei einer wichtigen Säule der Erneuerbaren, der Photovoltaik, also der Stromproduktion aus Sonnenlicht, ist aber ihre geringe Effektivität. Eine heute gefertigte Standard-Solarzelle wandelt nur rund 15 bis 17 Prozent des einfallenden Sonnenlichts tatsächlich auch in Strom um. Und das hat sich trotz intensiver Forschung, trotz Förderung durch das EEG, kaum substanziell verbessert.
Galliumarsenid ist ein sehr effektiver Verwerter von Sonnenlicht
Einen völlig neuen Ansatz, die Stromausbeute aus den Solarzellen zu verbessern, kommt jetzt aus dem nicht gerade mit Sonnenlicht verwöhnten Schweden. Das Nanotechnologie-Start-Up Lol Voltaics aus Lund hat angekündigt, die Effizienz von Solarzellen um 25 Prozent und damit gleich um ein Viertel zu verbessern.
Ein Nanodraht.
Quelle: Sol Voltaics
Doch Galliumarsenid ist teuer. Deshalb sind Solarzellen mit diesem Material bisher vor allem dort im Einsatz, wo es wirklich auf jeden Zehntelprozentpunkt an Ausbeute ankommt, in der Raumfahrt beispielsweise. Die neue Tinte soll das ändern. Denn hierbei wird nicht viel von dem teuren Galliumarsenid benötigt. Relativ wenig Material reicht aus, um gängige Silizium- oder Dünnschichtmodule per Druckverfahren mit einer zusätzlichen Schicht zu überziehen. „Es handelt sich dabei um eine aktive Schicht“, betont Erik Olsson, Director Business Development bei Sol Voltaics. Mit der Tinte soll es recht leicht möglich sein, die derzeit gängigen Solarmodule mit einer Schicht zur Steigerung der Effektivität zu überziehen. „Das geschieht im Fertigungsprozess“, erklärt Olsson. Der Riesenvorteil an dieser Idee ist vor allem, dass existierende Fertigungsanlagen der Hersteller von Solarzellen nicht ersetzt, sondern lediglich für die Beschichtung mit der aktiven Tinte adaptiert werden müssen. „Wir führen bereits Gespräche mit derzeitigen Herstellern“, sagt Olsson.
Aerotaxy-Verfahren kommt von der Universität Lund
Hergestellt werden die hauchdünnen Nanodrähte aus Galliumarsenid in einem äußerst luftigen Verfahren, welches die Schweden sich unter dem Namen Aerotaxy markenrechtlich geschützt haben. Entwickelt hat dieses Verfahren der Festkörperphysiker Lars Samuelson, der an der Universität Lund das Nanometer Structur Consortium leitet, Schwedens derzeit führendes Zentrum der Nanowissenschaft. Samuelsen ist auch Mitbegründer des schwedischen Start-Ups Sol Voltaics. Im Aerotaxy-Verfahren werden die Nanodrähte in einem Trägergas im Flug erzeugt. Laut Sol Voltaics lassen sich mit diesem Verfahren zehn Millionen Nanodrähte pro Sekunde in einem kontinuierlichen Prozess erzeugen. Damit sind die Forscher ganz nah dran an der Massenproduktion und damit an der Wirtschaftlichkeit. Bisher werden solche Galliumarsenid-Drähte auf einem festen Substrat gezüchtet: Ein elendig langsamer und teurer Prozess.
„Der beste Weg, um die Kosten für die Sonnenenergie zu senken, ist die Effektivität der Module zu steigern“, erläutert David Epstein, Geschäftsführer von Sol Voltaics die Idee. Er sieht in der Nutzung der Sonnenenergie ein enormes Potential. Nach einer Studie von Greentech Media, einer Online-Marktanalyse-Plattform aus Boston, wird der Markt der weltweit neu installierten Photovoltaik-Leistung von 29.8 Gigawatt im Jahre 2012 auf 50,8 Gigawatt im Jahre 2016 ansteigen.
Ab 2016 Massenproduktion geplant
Das schwedische Start-Up hat es mit seiner Innovation deshalb eilig. Noch in diesem Jahr soll es die ersten Prototypen der Wunder-Solarzellen geben, die Massenfertigung von SolInk-Zellen peilen die Schweden spätestens im Jahre 2016 an. Dabei will Sol Voltaics den Solarzellen-Herstellern am Markt keine Konkurrenz machen. Im Gegenteil, sie suchen die Kooperation mit den etablierten Sonnenkönigen. „Indem wir die Effizienz von Solarmodulen steigern, bieten wir Herstellern die Möglichkeit, wertvollere Produkte mit höheren Margen zu verkaufen, und Solarentwicklern die Chance, mehr Leistung zu einem geringeren Preis zu generieren – mit praktisch den gleichen physischen Anlagen“, erklärt Epstein.
Im Norden Europas kommt Sol Voltaics mit diesem Konzept offenbar gut an. Aktuell hat das Start Up aus Lund elf Millionen US-Dollar von privaten Investoren eingesammelt – mit dem Versprechen, die Effizienz der Solarzellen um ein Viertel zu steigern. Dabei soll es nicht bleiben: In diesem Jahr will Sol Voltaics weiter auf Investoren-Jagd gehen und dabei zwischen zehn und 20 Millionen US-Dollar nach Lund holen.
Sonnenstrom-Experimente reichen bis 1839 zurück
Die Versuche und Experimente, Strom aus dem ohnehin auf die Erde fallenden Sonnenlicht zu generieren, reichen weit in die industrielle Vorgeschichte zurück. Bereits 1839 experimentierte Alexandre Edmond Becquerel mit Batterien herum, um den Potentialunterschied einer verdunkelten und einer belichteten Seite einer chemischen Lösung zu nutzen. Er entdeckte durch diese Experimente den photovoltaischen Effekt, konnte ihn allerdings noch nicht erklären. Der österreichisch-ungarische Physiker Philipp Lenard entdeckte dann 1904, dass Lichtstrahlen beim Auftreffen auf bestimmte Metalle Elektronen aus deren Oberfläche herauslösen können. Das Prinzip der Photovoltaik war gefunden und Lenard bekam ein Jahr später den Nobelpreis für Physik. Auch Albert Einstein beschäftigte sich sehr intensiv mit dem photovoltaischen Effekt und fand darüber heraus, dass Licht einen Dualismus mitbringt. Danach ist Licht immer Welle und Teilchen zugleich und zwar gleichzeitig. Einstein bekam 1921 für seine Arbeit zum photoelektrischen Effekt den Nobelpreis für Physik.
Die erste Solarzelle zur Erzeugung von Elektrizität wurde 1893 gebaut. Das Licht der Welt erblickte die Solarzelle in ihrer heutigen Form im Jahre 1947, als der p-n-Übergang in Halbleiterstrukturen entdeckt wurde, der noch heute für die Erzeugung der elektrischen Energie in sonnenaffinen Zellen sorgt. Dann interessierte sich auch die Raumfahrtindustrie für diese elegante Art der autarken Stromproduktion. Am 17. März 1958 startete mit Varguard 1 der erste Satellit mit Solarzellen zur Energieversorgung in das Weltall. Ein Solarpanel mit 108 Siliziumzellen speiste die an Bord befindlichen Akkus kontinuierlich mit Sonnenstrom. Heutige Satelliten sind im Durchschnitt mit 40.000 Siliziumzellen ausgestattet.
Wenn sich die innovative Tinte aus Schweden am Massenmarkt durchsetzt, dürften künftig 30.000 Siliziumzellen ausreichen, um einen Satelliten jahrelang im Orbit mit Strom zu versorgen.
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