Eine Entwicklung des Fraunhofer Institutes
Thema zu der hitec-Sendung "Was kostet die Sonne?"
Sendedaten: 16.07.2009, um 21.30 Uhr Erstsendung: 27.04.2009
Wissenschaftler des Fraunhofer-Institutes nutzen auch noch andere Halbleiter als Silizium. Sie haben ein Modul entwickelt, in dem das Sonnenlicht konzentriert wird. Der Wirkungsgrad ist im Vergleich zu herkömmlicher Technologie doppelt so hoch.
Die klassische Solarzelle nutzt nur das Licht ganz bestimmter Wellenlängen. Die Lichtwellen der Sonne treffen auf Elektronen, die im Siliziumkristall fest eingebunden sind. Und lösen diese aus der Struktur. Die Elektronen bewegen sich dann frei im Gitter.
Bandbreite des Sonnenspektrums genutzt
Die Fraunhofer-Wissenschaftler fertigen daher auch aus anderen Materialien Solarzellen. Diese bestehen aus Halbleiterverbindungen wie Gallium-, Indium oder Arsen. Jede dieser Zellen nutzt Licht einer anderen Wellenlänge. In einem speziellen Produktionsprozess werden diese photoaktiven Schichten übereinander gelegt. Es entsteht eine Solarzelle, die nahezu die gesamte Bandbreite des Sonnenspektrums zur Stromerzeugung nutzt.
Die neue Zelle wird daher auch als Mehrfachsolarzelle bezeichnet. Eine größere Anzahl davon kann auf einem Wafer hergestellt werden. Die einzelnen Zellen sind dabei nur 2 mal 2 Millimeter groß. Der Nachteil der neuen Technologie: Die verwendeten Halbleiter Germanium und Indium kommen in der Natur weitaus seltener vor als Silizium. Außerdem ist es technisch aufwendig und teuer größere Zellen dieses Typs herzustellen. Daher ergeben sich die kleinen Abmaße. Der Vorteil: Die Zelle verwandelt 41.1 Prozent der Lichtenergie in elektrischen Strom - das ist Weltrekord.
Frank Dimroth, Physiker, Fraunhofer Institut:
"Nicht nur die Zelle hat einen sehr hohen Wirkungsgrad, sondern auch das System im Endeffekt hat einen sehr hohen Wirkungsgrad. Man kann sagen doppelt so viel elektrischer Strom wird pro Quadratmeter Fläche erzeugt wie mit einem Siliziummodul. Das ist natürlich auch der wesentliche Punkt für die Kostenreduktion. Das man pro Fläche mehr elektrischen Strom generieren kann, als mit einem herkömmlichen Siliziummodul."
500-fache konzentration des Sonnenlichtes
Um den hohen Wirkungsgrad der kleinen Zellen optimal zu nutzen, konzentrieren die Ingenieure das Sonnenlicht 500-fach. Dafür fertigen sie spezielle Module an. Maschinen setzen die winzigen Solarzellen dabei auf eine Metallplatte. Das Metall leitet die entstehende Wärme ab und schützt die Zelle so vor Überhitzung.
48 von diesen Einheiten bilden die Basis für ein Modul. Eine Glasscheibe, die mit genau der gleichen Anzahl an Linsen versehen ist, wird auf das Modul gelegt. Mit einem Laserstrahl testen die Wissenschaftler die Position der Linsen. Sie müssen die parallelen Sonnenstrahlen, genauso wie diesen Laser, auf einen Punkt konzentrieren. In diesem Brennpunkt befindet sich die Zelle. Sie verwandelt dann mit ihrem hohen Wirkungsgrad die konzentrierte Lichtenergie in Strom.
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