Neuer Rekord bei Cadmiumtellurid-Solarzellen

Photovoltaik auf Basis von Cadmiumtellurid ist konventionellem Silizium hinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten überlegen. Bislang gilt das nur in der Theorie, doch auch in der Praxis macht die Technologie schnelle Fortschritte.

Das Rennen um effizientere Photovoltaik geht weiter: Mit experimentellen Zellen aus Cadmiumtellurid hat First Solar aus den USA nach eigenen Angaben 22,1 Prozent der im auftreffenden Sonnenlicht enthaltenen Energie in Strom umgewandelt. Die am Markt erhältlichen Zellen des Unternehmens kommen derzeit auf einen Wirkungsgrad von 16,4 Prozent.

Das theoretische Effizienzmaximum für Zellen aus Cadmiumtellurid, das derzeit erst etwa 5 Prozent des weltweiten Photovoltaik-Marktes ausmacht, liegt bei mehr als 30 Prozent – und damit klar über dem von konventionellem Silizium, mit dem heute ebenfalls Praxiswirkungsgrade von 16 bis 18 Prozent erreicht werden. First Solar, der einzige noch existierende Hersteller von Cadmiumtellurid-Modulen in den USA, will auch kommerziell verfügbare Module näher an das Limit bringen. „Die Lücke zwischen dem, was theoretisch möglich ist, und dem, was man heute kaufen kann, war ziemlich groß“, sagt Raffi Garabedian, Chief Technology Officer bei First Solar. „Wir schließen diese Lücke in einem atemberaubenden Tempo.“

Ein Hindernis dabei ist die von Cadmiumtellurid-Zellen maximal erzeugbare Spannung, die in direktem Zusammenhang mit der erreichbaren Effizienz steht. Jahrzehntelang sind Forscher hier an der 1-Volt-Hürde gescheitert. In einem Ende Februar veröffentlichten Fachaufsatz schreiben Forscher vom National Renewable Energy Laboratory und der Washington State University jedoch, sie hätten diese Grenze jetzt überwunden.

Mehr als 90 Prozent des heutigen Solarmarktes werden von konventionellen Zellen aus Silizium abgedeckt, deren Herstellung aber relativ teuer ist. Bislang sind Dünnschichtzellen auf Cadmiumtellurid-Basis zwar günstiger zu produzieren, hinken jedoch beim Wirkungsgrad konventionellen Modulen hinterher. Andererseits ist der Fortschritt hier schneller: „Monokristallines Silizium ist beim Wirkungsgrad heute der Goldstandard“, sagt Garabedian. „Aber der Rekord für das effizienteste kommerziell erhältliche Produkt wurde damit schon im Jahr 1999 mit etwa 25 Prozent aufgestellt, und das ist noch immer ungeschlagen. Im selben Zeitraum hat es bei Cadmiumtellurid enorme Verbesserungen gegeben.“

Trotzdem haben sich die Hersteller von Cadmiumtellurid-Zellen in den letzten Jahren schwergetan. 2013 übernahm First Solar Technologie von General Electric, nachdem der Elektrokonzern Pläne für eine 300 Millionen Dollar teure Fabrik im US-Bundesstaat Colorado gestrichen hatte. Eine Reihe von weiteren Herstellern wurden gegründet und sind gescheitert, darunter das Start-up Abound Solar aus Colorado, das eine Kreditgarantie über 400 Millionen Dollar von der US-Regierung erhalten hatte und dann 2012 Insolvenz anmelden musste.

First Solar konzentriert sich statt auf Dachinstallationen, wo die höhere Effizienz bislang fast nur Siliziumzellen zuließ, auf Solarkraftwerke im Versorgermaßstab. Das Unternehmen hat einige der größten Solarparks der Welt entwickelt, darunter die kalifornischen Projekte Topaz und Desert Sunlight mit jeweils 550 Megawatt Kapazität.

Weil es sich bei Cadmiumtellurid um eine Dünnschichttechnologie handelt, ist für die Produktion einer vergleichbaren Menge Strom weniger Material erforderlich als bei konventioneller Siliziumtechnologie. Auch der Produktionsprozess ist einfacher, was im Prinzip niedrigere Kosten für den produzierten Strom bedeuten würde. In der Praxis scheint das allerdings nicht immer der Fall zu sein: Laut einer Studie von GTM Research werden die Kosten pro installiertem Watt bei kristallinem Silizium im kommenden Jahr auf 0,36 Dollar fallen. First Solar gab für 2013 (neuere Angaben zu den Produktionskosten des Unternehmens existieren nicht) an, die Kosten pro Watt hätten 0,57 Dollar erreicht.

So oder so zeigt sich die Wall Street optimistisch für die Aussichten von First Solar: Der Aktienkurs des Unternehmens ist in den vergangenen fünf Monaten um 68 Prozent gestiegen.

„Die Branche befindet sich in einem Übergangsstadium“, sagt Garabedian. „Wir sind immer noch sehr besorgt wegen des zyklischen Charakters des Solarmarkts und wollen auf keinen Fall irgendwann mit Überkapazitäten dastehen. Wir werden die Technologie weiter verbessern und sehen, was die Zukunft bringt.“

(sma)