Das doppelte Zellchen

Stion will mit Hilfe einer Förderung des US-Energieministeriums neuartige Solarmodule in den Massenverkauf bringen, die mehr Sonnenlicht einfangen können als bisherige Billigzellen.

Dünnschichtsolarzellen sind zwar kostengünstiger als ihre Konkurrenten aus kristallinem Silizium, bieten aber auch einen geringeren Wirkungsgrad. Das US-Start-up Stion will nun mit einem neuartigen Ansatz Abhilfe schaffen: Die Firma kombiniert zwei verschiedene Zellenarten zu einem Solarmodul und will so einen größeren Teil des Lichtspektrums der Sonne in elektrische Energie umwandeln – eine Idee, die sich bislang nur schwer kommerzialisieren ließ. Dazu konnte Stion gerade Fördermittel in Höhe von einer Million Dollar vom US-Nationallabor für erneuerbare Energien (NREL) einwerben. Das NREL, das vom amerikanischen Energieministerium getragen wird, hofft, dass Stion seine Technik so kommerzialisieren kann.

Das Start-up stellt bereits Dünnschichtsolarzellen her, die in der Herstellung ungefähr halb so teuer sind wie herkömmliche Module. Die neuen Panels sollen nun mindestens genauso effizient sein wie konventionelle Siliziumzellen. Das Förderpaket des NREL ist Teil der kürzlich präsentierten "Sun Shots"-Initiative der Obama-Regierung. Das Ziel ist eine Senkung der Kosten für installierte Solarzellen um bis zu 75 Prozent. So soll der Wettbewerb mit fossilen Brennstoffen endlich konkurrenzfähig geführt werden.

Die bereits verfügbaren Dünnschicht-Panels von Stion setzen 12 Prozent der Sonnenenergie in Elektrizität um. Dies ist für Dünnfilmzellen ein recht guter Wert, normalerweise liegt der Wirkungsgrad eher zwischen 6 und 11 Prozent. Die neuen Zellen nutzen nun ein sogenanntes Tandem-Design besitzen, bei dem der Wirkungsgrad auf 15 bis 18 Prozent steigen könnte, wie Stion-Firmengründer und Technikchef Howard Lee sagt.

Lee will nicht verraten, was Stion die Produktion seiner bereits verfügbaren Dünnschichtsolarzellen derzeit kostet, sagt aber, sie seien "fast" wettbewerbsfähig im Vergleich zum Konkurrenten First Solar. Der ist momentan größter Hersteller solcher Module. First Solar hat einen relativ hohen Wirkungsgrad bei geringen Kosten erreicht und kann so in Sachen Produktionskapazität inzwischen mit den größten Anbietern konventioneller Solarzellen mithalten. (Die Panels sind billiger, aber eben weniger effizient.)

First Solar stellt Cadmium-Tellurid-Dünnschichtzellen her. Stion setzt dagegen auf eine Kombination aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen, kurz CIGS. Die Technik wird gerade erst kommerzialisiert. Viele Experten glauben, dass da noch deutlich höhere Effizienzen drin sein könnten als bei Cadmium-Tellurid-Zellen.

Zwei Dinge heben Stions Technik aber von den Plänen anderer CIGS-Hersteller ab: Zunächst benötigt das Unternehmen keine spezialisierten Produktionsstraßen, stattdessen kann herkömmliches Sputtering-Equipment verwendet werden, mit dem heute schon Dünnfilmkomponenten im Bereich Halbleiter oder Festplatten hergestellt werden. Lee zufolge erlaubt dies eine einfache, weltweite Produktion: "Wir können einfach Geräte von der Stange einsetzen."

Zweitens sind die neuen Module so aufgebaut, dass sie verschiedene Bereiche des Lichtspektrums der Sonne effizient zu Strom umwandlen – effizienter als normale CIGS-Panels. Die Tandem-Technik besteht aus der bereits verfügbaren CIGS-Dünnschichtzelle von Stion, die das rote Ende des Spektrums bevorzugt, und einer zweiten Zelle aus einem CIGS-ähnlichen Material, das eher am blauen Ende des Spektrums besonders gut greift.

Zwei verschiedene Zellen auf einem Panel erhöht außerdem die Gesamteffizienz und können die Kosten senken helfen, indem Kunden insgesamt weniger Module installieren müssen. Tandem-Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium wurden zwar bereits von anderen Herstellern gezeigt, sollen aber einen deutlich geringeren Wirkungsgrad wie die Stion-Technik aufweisen.

Das Start-up wurde 2006 gegründet und konnte bislang rund 115 Millionen Dollar an Investorengeldern einsammeln. Die Firma stellt Panels in San Jose, Kalifornien und in einer weiteren Fabrik in Mississippi her, für die das Unternehmen 75 Millionen Dollar an Krediten erhielt. Die neue Millionenförderung soll nun dabei helfen, die letzten Schritte zu unternehmen, um innerhalb eines Jahres ein Tandem-Modul zu entwickeln, das in die Massenproduktion gehen kann.

Das NREL-Finanzierungsprogramm soll Firmen helfen, die einen "radikal anderen" Ansatz im Solarbereich anstreben. Ultimatives Ziel sind Module, die Kosten von unter 50 US-Cent pro Watt erreichen. Martha Symko-Davies, die das zuständige "PV Technology Incubator"-Programm am NREL leitet, sagt, dass Forscher seit Jahrzehnten mit CIGS-Zellen experimentierten, doch erst in den letzten drei bis vier Jahren wirkliche Fortschritte erzielt hätten. Stion sei eine dieser Firmen. Die Aufrüstung zur Tandem-Zelle werde also vergleichsweise einfach sein. "Wenn deren CIGS-Zellen schon einmal funktionieren, ist das, was Stion gerade macht, nur der letzte Schritt." (bsc)