Energietechnik

Deutsche stellen Weltrekord bei Solar-Zellen auf

Sonnenstrom kostet ein Vielfaches von Atom- und Kohlestrom. Und er deckt bislang nur 0,375 Prozent des Weltstrombedarfs. Aber: Solarenergie holt raketenschnell auf. Fraunhofer-Forscher haben nun Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von gut 40 Prozent entwickelt.

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Die Menge der neu installierten Leistung wächst exponentiell: In 20 Jahren wird die Fotovoltaik (PV) den Hauptbeitrag zur Stromversorgung leisten, schreibt Richard M. Swanson heute in „Science“. Der Präsident der kalifornischen Sunpower Corporation mit Sitz in San Jose mag kraft seiner Funktion Optimist sein, aber unabhängige Forscher bestätigen ihn: Sonnenstrom aus Solarzellen, aber auch aus dampfgenerierenden Anlagen erobern die Energiemärkte.

Innerhalb von 20 Jahren habe die Industrie, schreibt Swanson, die Produktion von PV-Anlagen auf die 200-fache Kapazität gesteigert. Deutlichster Indikator des exponentiellen Wachstums: Ende 2007 waren weltweit noch PV-Anlagen mit einer Leistung von zehn Gigawatt installiert, Ende 2008 waren es schon 15 Gigawatt. Eicke Weber, Direktor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, erwartet für 2010 eine Neuproduktion von mehr als zwölf Gigawatt.


Dieser Aufstieg ist nicht nur staatlicher Subventionen gedankt – Sonnenstrom wird immer billiger. Im Jahr 2000 kostete eine Kilowattstunde 30 bis 60 Cent, acht Jahre später waren es noch 20 bis 40 Cent. Zwar wird die Stromgrundlast in Atom-, Kohle- und Gaskraftwerken zu drei bis acht Cent erzeugt, doch der Strom für die Spitzenlast – wenn alle Kapazitäten hochgefahren sind – kostet immerhin zehn bis 22 Cent.


Technologische Fortschritte und Massenproduktion haben die Preise purzeln lassen. Nach wie vor ist für Standard-PV-Anlagen zwar teures hochreines Silizium nötig, aber während im Jahr 2000 für die Herstellung einer Solarzellenfläche mit einem Watt Leistung noch 15 Gramm nötig waren, reichen nun laut Swanson 5,6 Gramm.

Zudem werden in Forschungslabors Alternativen erprobt, die konventionelles Silizium ergänzen oder verdrängen könnten. Dünnschichtzellen etwa bestehen zwar auch aus Silizium, doch wird das Element nicht aus einer Schmelze „gezogen“ und in Scheiben geschnitten, sondern hauchdünn auf einen Träger aufgedampft. Die Zellen sind deutlich billiger, haben aber zurzeit noch einen deutlich geringeren Wirkungsgrad.

Bei „Konzentratorzellen“ wird das einfallende Licht durch Linsen fokussiert. Das spart Solarzellenfläche. Konzentratorzellen müssen aber der Sonne nachgeführt werden, damit das Licht richtig einfällt. Elektrochemische Farbstoffzellen („Grätzelzellen“) nutzen nicht Silizium, sondern Farbstoffe. Organische Solarzellen wiederum basieren auf halbleitenden Kunststoffen („Plastik-Solarzellen“). Sie sind billig, aber haben noch einen geringen Wirkungsgrad.

Eicke Webers Gebiet ist „schmutziges Silizium“. Seine Arbeitsgruppe versucht, Silizium zur Stromproduktion zu bewegen, ohne dass es zuvor hoch gereinigt werden muss. Statt Unreinheiten zu entfernen, werden diese so verändert, dass sie den verheerenden Einfluss auf den Wirkungsgrad verlieren.

„Tandem-“ und Dreifachzellen schließlich bestehen aus übereinanderliegenden, teilweise transparenten und auf unterschiedlichen Materialien basierenden lichtsensitiven Schichten. Sie absorbieren zusammen einen größeren Teil des Sonnenlichts. Mit einer Dreifachzelle, die das Licht zudem konzentriert, hat das ISE im Januar 2009 einen Weltrekord aufgestellt: Wirkungsgrad 41,1 Prozent.