Solar-Materialien: Aktuelle Effizienz und künftige Herausforderungen
Entwicklung und Bereitstellung von PV-Großanlagen haben sich in den vergangenen Jahren beispiellos beschleunigt. Da deren Kosten nur zum Teil durch die Kosten der Solarzellen bestimmt werden, ist Effizienz ein Schlüsselfaktor für die Kostenverringerung der Solarenergie. Mehrere Materialien und Systeme werden derzeit erforscht um hohe Effizienz bei geringen Kosten zu erreichen. Polman et al. untersuchen in ihrem Artikel „Surveying the solar cell landscape„, der jetzt in Science erschien, umfassend und systematisch die führenden in Frage kommenden Stoffe, stellen die Grenzen einzelner Systeme vor und analysieren, wie diese Einschränkungen überwunden und die Gesamtzellleistung verbessert werden können.
Aus der Zusammenfassung
Der Shockley-Queisser-Grenze (S-Q) folgend beträgt die Effizienz der Energieumwandlung einer Single-Junction-Solarzelle maximal 33,7%, bei einer optimalen Halbleiterbandlücke von 1,34 eV. Parallel zur Entwicklung der waferbasierten Silizium-Solarzellen wurden in den vergangenen Jahrzehnten viele Dünnschicht-Materialien mit dem Ziel entwickelt, sich der S-Q-Grenze zu nähern. Diese Stoffe können in relativ kleinen Mengen, billig und in flexiblen Geometrien angewendet werden.
„Wir“, so die Autoren, „überprüften die elektrischen Charakteristika von 16 aus weitgehend erforschtem PV-Material hergestellen und mit einem Standard-AM1.5-Sonnenspektrum bestrahlten Zellen mit Rekord-Wirkungsgraden, und verglichen sie mit den grundsätzlichen auf dem S-Q-Modell basierenden Begrenzungen. Die Zellen, die einen niedrigeren Kurzschlussstrom (Jsc) als die S-Q-Grenze zeigten, litten an unvollständiger Lichtabsorption oder unvollständiger Sammlung von erzeugten Ladungsträgern, während reduzierte Leerlaufspannungen (Voc) oder Füllfaktoren (FF) unerwünschte Massen- oder Grenzflächen-Ladungsträger-Rekombination, parasitären Widerstand oder andere nicht-ideal elektrische Gegebenheiten reflektierten.“
->Quellen und weiterlesen:
- Albert Polman, Mark Knight, Erik C. Garnett, Bruno Ehrler, Wim C. Sinke: Surveying the solar cell landscape –Science 15 Apr 2016: Vol. 352, Issue 6283, pp. 304-306 – DOI: 10.1126/science.352.6283.304-k
- de.wikipedia.org/Shockley-Queisser-Grenze
- science.sciencemag.org