Stealth-Start-up bricht Photovoltaikrekord

Das kalifornische Unternehmen Alta Devices hat eine neue Solarzellentechnik entwickelt, die eine sehr hohe Effizienz bei geringen Kosten verspricht.

Alta Devices, ein Start-up aus Santa Clara, hat nach eigenen Angaben einen neuen Wirkungsgradrekord bei Solarzellen erzielt. Mit einer Effizienz von 28,2 Prozent näherten sich die Forscher der Firma dem theoretischen Maximum von 33,5 Prozent. Damit überholte Alta Devices einen im letzten Jahr aufgestellten Bestwert um rund zwei Prozent – ein wichtiger Durchbruch in einer Industrie, in der solche Fortschritte sonst nur in Zehntelprozent gemessen werden. Alta Devices arbeitet bereits seit 2007 an neuartigen Solarzellen, die sich zur billigen Massenproduktion eignen sollen. Doch als Start-up im "Stealth"-Modus äußerte sich das Unternehmen bislang kaum zu Details.

Steigerungen beim Wirkungsgrad sind wichtig, wenn die Photovoltaik mit fossilen Brennstoffen mithalten will. Steigt der Output einzelner Solarzellen, reduziert dies auch die Anzahl der notwendigen Einzelmodule. Das wiederum verbilligt Installation und Anschluss – und die Zusatzelektronik, die notwendig ist, um die Anlage an das Stromnetz zu koppeln.

Die Alta-Devices-Forscher arbeiteten mit Galliumarsenid, um die Eigenschaften ihrer Zellen zu verbessern. Dabei kam ein "fast ideales Solarzellenmaterial" heraus, wie Harry Atwater glaubt, Professor für Angewandte Physik am California Institute of Technology und Mitbegründer der Firma. Sobald eine Zelle Licht absorbiert, generiert ein Teil der Energie des Sonnenlichtes Elektronen, die dann schnell von der Zelle abgeleitet werden müssen, um Strom zu erzeugen. Funktioniert diese Extraktion nicht schnell genug, wird aus den Elektronen Wärme oder Licht. Entsteht Wärme, gehen sowohl Spannung als auch Strom verloren, der Energieoutput der Zelle sinkt. Produzieren die Elektronen stattdessen Licht, kann es nötigenfalls erneut absorbiert werden, um neue Elektronen zu generieren – eine zweite Chance, sozusagen.

Auf Galliumarsenid produzieren die Elektronen fast nur Licht statt Wärme. In der qualitativ hochwertigsten Sorte dieses Materials spielen sich Lichtproduktion und Resorption bis zu 100 Mal pro eintreffendem Photon ab. Die Wahrscheinlichkeit, dass aus einem so produzierten Elektron Strom wird, ist dadurch deutlich höher. Um den Rekordwirkungsgrad zu erzielen, entwickelten die Alta-Devices-Forscher eine chemische Behandlung für Risse in dem Material, die sonst dazu tendieren, Elektronen einzufangen und deren Energie dann in Form von Wärme abzugeben. Die Forscher verbesserten außerdem die Oberfläche auf der Rückseite der Solarzelle, um sicherzustellen, dass die Photonen auf das Material zurückreflektiert werden. Auch das steigert die Stromerzeugung.

Alta Devices betont, dass die hohe Effizienz mit Techniken entstand, die sich laut Atwater für kostengünstige Herstellungsverfahren eignen. Galliumarsenid-Solarzellen sind recht günstig herzustellen, weil sie aus qualitativ hochwertigen Halbleiter-Wafern hergestellt werden, die denen von Computerchips ähneln.

Um Kosten zu reduzieren, verwendete das Start-up eine Technik namens "Epitaxial Liftoff", die Alta-Devices-Mitbegründer Eli Yablonovitch in den 80er Jahren erfand. Dabei wird ein Wafer als Vorlage benutzt, um sehr dünne Schichten kristallinen Materials zu erzeugen, das die Solarzellen bildet. Diese Schichten werden dann über einen chemischen Ätzprozess vom Wafer befreit und abgehoben. Der Wafer kann anschließend weiterverwendet werden. Atwater zufolge hat Alta Devices den Prozess so optimiert, dass er besonders günstig ist.

Die Prototypzellen, mit denen das Start-up nun seinen Rekord aufstellte, sind allerdings noch klein und werden in Handarbeit hergestellt. Mit größeren Zellen erreicht Alta Devices bislang nur rund 21 Prozent Wirkungsgrad. Außerdem muss die Firma noch zeigen, dass die neuen Zellen jahrelang haltbar sind, ohne an Wirkungsgrad zu verlieren. (bsc)