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Das Stapeln von Zellen könnte Solar so billig wie Erdgas machen
Wenn Experten über Solarzellen der Zukunft sprechen, sprechen sie meist exotische Materialien und physikalische Phänomene an. Kurzfristig könnte jedoch ein viel einfacherer Ansatz – das Stapeln verschiedener halbleitender Materialien, die unterschiedliche Lichtfrequenzen sammeln – die Effizienz fast so stark steigern wie jedes radikal neue Design. Und eine neue Fertigungstechnik könnte diesen Ansatz schon bald praktikabel machen.
Sonnenfänger : Ein von Semprius hergestelltes Linsenarray fokussiert das Licht auf 132.000 winzige Solarzellen.
Der Start Stets , mit Sitz in Durham, North Carolina, sagt, dass es schnell und kostengünstig sehr effiziente gestapelte Solarzellen herstellen kann, die die Tür zu Wirkungsgraden von bis zu 50 Prozent öffnen. (Herkömmliche Solarzellen wandeln weniger als 25 Prozent der Energie des Sonnenlichts in Strom um.)
Semprius hat drei Schlüsselinnovationen entwickelt: eine billige und schnelle Möglichkeit, Zellen zu stapeln, eine proprietäre Methode, um Zellen elektrisch zu verbinden, und eine neue Art von Klebstoff, um die Zellen zusammenzuhalten. Semprius verwendet in seinen Designs winzige einzelne Solarzellen, die jeweils weniger als einen Millimeter groß sind. Das senkt die Kosten für die Kühlung und trägt auch zur Effizienzsteigerung bei.
Der herkömmliche Weg, Halbleiter zu stapeln, besteht darin, Schichten übereinander aufzuwachsen. Aber nicht alle Halbleiter lassen sich auf diese Weise kombinieren, da ihre kristalline Struktur dies nicht zulässt (siehe Adaptives Material könnte die Kosten von Solar halbieren). Semprius züchtet Halbleitermaterialien auf herkömmliche Weise, stapelt aber auch mehrere verschiedene Kombinationen, was zu einem Solarmodul führt, das mehr Energie aus Sonnenlicht gewinnen kann.
Solarturm : Eine gestapelte Solarzelle von Semprius.
Semprius hat Zellen aus drei Halbleitermaterialien demonstriert, die auf einer vierten Solarzelle gestapelt sind, die sonst nicht kompatibel gewesen wäre. Es hat in diesem Jahr zwei Versionen des Geräts hergestellt, eine mit einem Wirkungsgrad von 43,9 Prozent und die andere mit leicht unterschiedlichen Materialien und einem Wirkungsgrad von 44,1 Prozent.
Der Ansatz ist nicht nur schnell und präzise, sondern ermöglicht auch die Wiederverwendung der teuren kristallinen Wafer, auf denen Mehrfachsolarzellen gezüchtet werden. Letztendlich hofft das Unternehmen, zwei Multijunction-Bauelemente für insgesamt fünf oder sechs Halbleiter mit einer sehr hohen Leistung von über 50 Prozent Effizienz stapeln zu können, heißt es Scott Burroughs , Vizepräsident für Technologie bei Semprius. Er sagt, das Unternehmen hoffe, dies in drei bis fünf Jahren zu erreichen.
Der einzige Haken ist, dass die Zellen teurer sein werden als herkömmliche. Sarah Kurtz , ein leitender Wissenschaftler am National Renewable Energy Laboratory, sagt, dass die Kosten nicht sinken werden, bis die Produktion in großem Maßstab erfolgt.
Mit Skaleneffekten könnten solche Zellen jedoch die Wirtschaftlichkeit von Solarenergie verbessern. Bei einer Produktionskapazität von 80 bis 100 Megawatt pro Jahr würde eine Zelle mit 50 Prozent Wirkungsgrad Kosten von weniger als fünf Cent pro Kilowattstunde ermöglichen, sagt Burroughs. Die U.S. Energy Information Administration schätzt, dass neue Erdgaskraftwerke Strom zu 6,4 Cent pro Kilowattstunde produzieren werden.