Wie Forscher den Dunkelstrom eindämmen

Solarzellen mit mehr Leistung

Solarmodule kommen auch auf Schuldächern zum Einsatz. Bild vergrößern
Solarmodule kommen auch auf Schuldächern zum Einsatz.

Am 25. April 1954 ertönte bei den Bell-Laboratorien in Murray Hill im US-Bundesstaat New Jersey ein kleines Transistorradio. Die eingeladenen Journalisten waren fasziniert, denn allein Licht ließ die kleine Kiste dudeln. Eine Solarzelle aus Silizium wandelte die Energie des Lichts in elektrische Energie um. Das war die Geburtsstunde der modernen Solarzellentechnologie, und sie kam gerade rechtzeitig zum Beginn des Raumfahrtzeitalters. Schon 1958 umkreiste mit Vanguard 1 der erste Satellit mit Silizium-Solarzellen die Erde. Solarstrom ist eine besonders praktische Energiequelle im Weltall, und so trieb die Raumfahrt die Entwicklung der Solarzellentechnologie voran.

Die Vorgeschichte der Solarzellen beginnt bereits 1839 in Paris. Damals machte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel eine interessante Beobachtung, als er Metallelektroden in ein flüssiges Elektrolyt tauchte. Elektrolyte machen Akkus, Batterien und Brennstoffzellen erst funktionsfähig (siehe Techmax 13 und 16). Becquerel fand heraus, dass die Metallelektroden im Elektrolytbad einen schwachen Strom produzierten, sobald Licht darauf fiel. Er entdeckte so den photoelektrischen Effekt und damit das Grundprinzip der Solarzelle. 1873 beobachtete der englische Ingenieur Willoughby Smith, dass Selen einen recht ausgeprägten photoelektrischen Effekt besitzt. Selen ist ein Halbmetall und steht damit Halbleitern nahe, wie wir heute wissen. Zehn Jahre später betrat der amerikanische Erfinder Charles Fritts die Bühne. Er baute aus Selen die ersten echten Solarzellen. Und nicht nur das: Er wollte damit damals schon gegen die Kohlekraftwerke des berühmten Thomas Alva Edison konkurrieren. Fritts wurde so zum Urvater der Photovoltaik. Doch er scheiterte am geringen Wirkungsgrad seiner Selenzellen. Diese konnten nicht mal ein Prozent der Energie des Sonnenlichts in elektrische Energie umwandeln.

Heute bestehen rund neunzig Prozent aller Solarzellen aus dem Halbleiter Silizium. Je nach Bauart können kommerzielle Siliziummodule fast 20 Prozent der Lichtenergie in Strom umsetzen. Der Rekordwirkungsgrad für Silizium im Labor liegt heute sogar bei 25 Prozent. „Das ist schon so gut wie der Wirkungsgrad eines Benzinmotors“, betont Otwin Breitenstein. Der Physiker forscht mit seiner Gruppe am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle seit vielen Jahren daran, Solarzellen aus Silizium zu verbessern. Dabei arbeiten die Hallenser eng mit Solarzellen-Herstellern zusammen. Dabei ist Silizium gar nicht das Material, das sich am besten für die Umwandlung von Licht in Strom eignet – doch die Techniken zur Herstellung von reinem Silizium und zu seiner Verarbeitung zu elektronischen Bauelementen sind besonders weit entwickelt. Zudem ist das Material relativ billig. Silizium-Solarzellen waren anfangs sogar ein Abfallprodukt der Elektronikindustrie.

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