Solartechnik

Weltrekord beim Strom aus Sonnenlicht

Freiburger Wissenschaftler haben Solarzellen entwickelt, die mehr als 40 Prozent der Lichtenergie nutzen. Das ist das doppelte von dem, was heutige Solarzellen leisten. Nur: Die neue Solartechnik wäre unter dem Strich 25 Mal weniger wirtschaftlich als die verfügbaren Zellen. Aber auch für dieses Problem gibt es eine Lösung.

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Der deutsche Physiker Frank Dimroth (38) stellte mit seinem Team vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme im Januar 2009 einen Weltrekord auf: Die von ihm konstruierte Dreifachsolarzelle kann 41,1 Prozent der im Sonnenlicht steckenden Energie in elektrischen Strom umwandeln. Zum Vergleich: Die heute auf den Dächern von Häusern installierten Silizium-Solarzellen schaffen nicht einmal einen Wirkungsgrad von 20 Prozent.

Das Geheimnis der Freiburger Solarzellen steckt in drei übereinanderliegenden Schichten, die jeweils einen bestimmten Teil des Sonnenlichts umwandeln können. In einer ersten Schicht wird das sichtbare Licht der Sonne in Strom umgesetzt. Die Wärmestrahlung der Sonne geht durch diese Schicht und wird erst in einer zweiten Ebene absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt. Besonders langwelliges Infrarotlicht wird schließlich in einer dritten Schicht zur Stromerzeugung genutzt. So wird die Ausbeute besonders gut.

Neben den drei aktiven Schichten aus Gallium-Indium-Phosphit, Gallium-Indium-Arsen sowie Germanium enthält die Freiburger Solarzelle weitere 22 mikrometerdünne Ebenen, die erst ein elektronisch richtiges Funktionieren ermöglichen. "Das ist alles schrecklich kompliziert", kommentiert Dimroth. Zehn Jahre lang hatte er mit seinem Team an der Optimierung dieser Solarzelle gearbeitet, bis der Weltrekord glückte.

Die Dreischichtsolarzelle liefert je Quadratmeter rund doppelt so viel Strom wie eine herkömmliche Solarzelle aus Silizium. Dafür ist die Herstellung etwa 50 Mal so teuer. Unter dem Strich wäre die neue Solartechnik also 25 Mal weniger wirtschaftlich als die verfügbaren Zellen - wenn die Freiburger Forscher nicht eine weitere Innovation ersonnen hätten. Mithilfe kleiner optischer Linsen wird das Sonnenlicht um den Faktor 500 konzentriert. Entsprechend weniger Fläche an teuren Solarzellen wird benötigt. "Wir ersetzten teure Halbleiter durch preiswerte Optik", erklärt Dimroth. Durch einen höheren Grad an Automatisierung bei der Herstellung werde die Wirtschaftlichkeit weiter gesteigert.

"Fotovoltaik ist da wie Autos bauen", sagt der Physiker. Große Stückzahlen machen das Produkt preiswerter. Langfristig rechnet Dimroth damit, dass die neue Technik 20 bis 30 Prozent wirtschaftlicher sein wird als die Siliziumtechnik. Diesen Vorsprung werden die Freiburger Solarzellen indes nicht in Deutschland erreichen. Ihre größere Effizienz können die Mehrschichtzellen nur bei intensivem, direktem Sonnenlicht ausspielen, also etwa in Südeuropa oder Nordafrika. Und selbst dort ist es nötig, dass die Solarzellen von morgens bis abends dem Lauf der Sonne nachgeführt werden.

Gemeinsam mit seinem Kollegen Andreas Bett hat Dimroth bereits 2005 die Spin-off-Firma Concentrix Solar gegründet, um die Mehrschichtsolarzellen zu vermarkten. Inzwischen gehören 80 Prozent des Unternehmens dem französischen Halbleiterhersteller Soitec.

Jetzt wird Dimroth mit dem höchstdotierten Wissenschaftspreis Frankreichs ausgezeichnet. Der Preis der "Foundation Louis D" wird am 9. Juni im Pariser Institut de France übergeben - mit einem Scheck über 750.000 Euro.