Nanostrukturen versprechen hohen Solarwirkungsgrad

Ein Forschungsprojekt nutzt neuartige Materialien, um die Stromerzeugung durch Sonnenkollektoren zu erhöhen.

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Die meisten aktuell im Betrieb befindlichen Solarzellen setzen weniger als 20 Prozent des Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Ein neues Projekt, das von der amerikanischen Forschungsbehörde Advanced Research Projects Agency for Energy (ARPA-E) mit 2,4 Millionen Dollar gefördert wird, soll den Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren deutlich erhöhen, berichtet Technology Review in seiner Online-Ausgabe. Das Ziel ist eine Umwandlungseffizienz von mehr als 50 Prozent, was die Energiemenge pro Solarpanel mehr als verdoppeln würde. Das könnte den Flächenbedarf reduzieren und die Technik gegenüber fossilen Energieträgern wettbewerbsfähiger machen.

Das Projekt wird von Harry Atwater geleitet, der Professor für angewandte Physik und Materialwissenschaften am California Institute of Technology ist. Die Idee: Speziell strukturierte Nanomaterialien sollen das Sonnenlicht in acht bis zehn verschiedene Farbanteile zerlegen und diese dann auf Solarzellen lenken, deren Halbleiter genau auf die jeweilige Wellenlänge abgestimmt sind. Im Endergebnis wird ein größerer Teil des Lichtspektrums der Sonne absorbiert, anstatt es verpuffen zu lassen.

Die Idee, das Sonnenlicht nach Farbanteilen zu sortieren, ist nicht neu. Ein älterer Ansatz nutzt verschiedene Halbleitermaterien in Stapelanordnung – das Licht bewegt sich dabei bis zur passenden Schicht, wo es dann mit hohem Wirkungsgrad in Strom verwandelt werden kann. Kommerzielle Solarzellen erreichen so eine Quote von mehr als 43 Prozent. Das Problem: Die Herstellung solcher Zellen ist nach wie vor teuer und der maximale Stromoutput richtet sich stets nach der Ebene mit dem geringsten Wirkungsgrad.

Alternativ ließen sich die Lichtbereiche auch mit konventionellen Linsen, Spiegeln und Filtern sortieren, doch die bisher gezeigten Prototypsysteme aus diesem Bereich sind noch sperrig. Sie erreichen zudem noch keine hohe Umwandlungseffizienz, weil die verwendete Optik zu ungenau ist.

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(bsc)