Solarzellen mit bis zu 70% Wirkungsgrad

von Fritz am 02 Nov. 2005 23:08

(jkm) - Amerikanische Wissenschaftler haben entdeckt, dass ein altbekannter Halbleiter nicht nur wie bisher angenommen sichtbares Licht, sondern auch Infrarotstrahlung absorbiert. Aus diesem Material aufgebaute Solarzellen könnten das ganze Spektrum der Sonnenstrahlung von ultravioletten bis infraroten Wellenlängen nutzen und fast doppelt so viel Energie wie bisherige Solarzellen liefern.

Solarzellen wandeln die Energie der Sonnenstrahlung in nutzbare, elektrische Energie um. Daher sind sie einer der großen Hoffnungsträger auf dem Weg zu einer umweltverträglicheren Energiegesellschaft. Meist bestehen sie aus Halbleitern, in denen die Lichtabsorption einen Transport elektrischer Ladungen auslöst. Dafür kann jedoch nur ein Teil des Sonnenlichts mit Wellenlängen unterhalb eines materialabhängigen Minimalwertes genutzt werden.

Um möglichst das gesamte Spektrum nutzen zu können, müssen Solarzellen daher aus mehreren Schichten unterschiedlicher Halbleiter aufgebaut werden. Aufgrund der verschiedenen Kristallstrukturen der Stoffe ist dies extrem schwierig und teuer - dementsprechend besteht die beste auf diese Weise hergestellte Solarzelle aus nur zwei verschiedenen Halbleitern und weist eine Effizienz von etwa 30 Prozent auf.

Eine überraschende Lösung für dieses Problem haben Wladek Walukiewicz vom Lawrence Berkeley National Laboratory und seine Kollegen nun gefunden.

Die Forscher entdeckten, dass der aus den Elementen Indium, Gallium und Stickstoff bestehende Halbleiter Indiumgalliumnitrid das gesamte Spektrum des Sonnenlichts abdecken kann.

Dazu muss nur die Zusammensetzung variiert werden: Enthält das Material viel Gallium und wenig Indium, absorbiert es besonders gut im UV-Bereich. Mit abnehmender Gallium- und zunehmender Indiumkonzentration verschiebt sich die Absorption dagegen über den sichtbaren bis in den infraroten Bereich.

Da die Kristallstrukturen der unterschiedlichen Indiumgalliumnitrid-Varianten einander ähneln, sollte die Herstellung mehrschichtiger Solarzellen kaum Probleme bereiten. Eine aus nur zwei Schichten aufgebaute Solarzelle könnte so eine Effizienz von fast 50 Prozent erreichen, glauben die Forscher. Mit vielen dünnen Schichten wäre sogar ein Wirkungsgrad von 70 Prozent denkbar!

Der Grund, weshalb die besonderen Eigenschaften von Indiumgalliumnitrid erst jetzt ans Licht kommen, liegt scheinbar an einem Messfehler bei früheren Analysen des Materials. Der falsche Wert wurde [b]als Referenzwert in die Fachliteratur übernommen, so dass Entwickler von Solarzellen in der Legierung keinen sonderlich erfolgversprechenden Kandidaten sahen. In Leuchtdioden und Flachbildschirmen wird der Halbleiter dagegen schon seit längerem eingesetzt.
www.vistaverde.de/news/Wissenschaft/0211/20_solarzelle.htm

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Papierdünne Solarzellen mit 20% Wirkungsgrad

Hydrogeit : "Im Labor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist eine 37 Mikrometer (µm) dünne kristalline Silicium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20.2% hergestellt worden. Im Vergleich dazu sind heutige Industriezellen noch mit 300 µm (=0,3 mm) vergleichsweise dick und mit etwa 16% Wirkungsgrad deutlich weniger leistungsfähig...

  Dünne kristalline Silicium-Solarzellen

Ein aufmerksamer Blick auf aktuelle Meldungen aus der Solarstrombranche zeigt, dass Materialeinsparung und höhere Wirkungsgrade für die Solarzellenhersteller im Mittelpunkt stehen. Die Notwendigkeit, beide Ziele gleichzeitig zu erreichen, ergibt sich aus den relativ hohen Kosten für das Ausgangsmaterial kristallines Silicium, aus dem mehr als 90% aller weltweit hergestellten Solarzellen bestehen.

„Man erkennt sofort, welch enormes Potenzial noch in der bewährten kristallinen Silicium-Technologie vorhanden ist“, sagt Gerhard Willeke, Leiter der Abteilung Solarzellen „und wir haben nun auch die Technologie, dieses Potenzial in einer industriellen Fertigung abzurufen“.
Die Freiburger Solarzellen-Forscher haben einen kostengünstigen Prozess entwickelt, mit dem es möglich ist, selbst aus ultradünnen Siliciumscheiben Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden herzustellen. Ganz entscheidend für das erfolgreiche Resultat ist ein am Fraunhofer ISE entwickeltes und patentiertes Verfahren für die Rückseiten-Kontaktierung der Solarzelle.

Die sogenannte LFC-Technik - LFC steht für Laser Fired Contacts - bietet die ideale Möglichkeit, hohes Wirkungsgradpotenzial mit niedrigen Herstellungskosten zu verbinden. Die bisher notwendigen teuren und langsamen Photolithographie-Schritte auf der Rückseite entfallen. In den herkömmlichen hocheffizienten Laborprozessen mussten mit hohem Aufwand kleine Löcher in der Isolierschicht geöffnet werden, um danach die Rückseitenelektrode aus Aluminium aufzubringen.
„Bei der LFC-Prozessierung dampfen wir die Aluminiumschicht direkt auf die Passivierungsschicht und feuern dann mit einem Laser das Metall durch, um so die lokalen Kontakte herzustellen“, erklärt Stefan Glunz, Koordinator des Marktbereichs Monokristalline Siliciumsolarzellen.

Dieser Prozess ist kostengünstig, materialschonend, äußerst schnell, er dauert nur eine Sekunde pro Solarzelle, und er funktioniert unabhängig von Scheibendicke und -dotierung, genau richtig für eine industrielle Massenfertigung. Einen Nischenmarkt für superdünne Hochleistungszellen gibt es bereits in der Luft- und Raumfahrt. Für den terrestrischen Massenmarkt braucht es allerdings noch Forschung und Entwicklung in deutlichem Umfang, um die ultradünnen Scheiben kostengünstig herzustellen.
Quelle: Fraunhofer ISE" 02.12.2003 @ 13:42:37 CET

Nuna II


Nicht leicht zu erkennen - das schnellste Solarmobil der Welt, mit den neuen Triple-Junction-Galliumarsenidzellen. Sie entsprechen den Zellen in der SMART-1 Erprobungsmission, ein 350 kg schweres Forschungslabor auf einer Reise zum Mond 2003.
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raumsonden/smart1.shtml
Der Weltrekordversuch über 3000 km in 31 Stunden bei 97 km/h, die World Solar Challenge 2003 in Australien, glückte. Die mögliche Höchstgeschwindigkeit dieser Technologie liegt bei 170 km/h.
http://www.esa.int/export/esaCP/Pr_69_2003_p_GE.html

Shell Solar GmbH - Shell PowerMax™ Hochleistungsmodule
www.Shell-Solar.de
2004 wurde die allgemeine Leistung von 14-18% um 10% gesteigert.
Die Shell PowerMax Produkte basieren auf weiterentwickelter kristalliner Siliziumtechnologie und unterteilen sich in zwei Produktlinien:
Shell PowerMax Ultra basiert auf monokristallinem Silizium und liefert maximale Leistungsdichte, besonders geeignet im Falle von begrenzter Installationsfläche.
Shell PowerMax Plus basiert auf multikristallinem Silizium und stellt eine kostengünstige Lösung mit hoher Leistung für vielseitige Einsatzbereiche dar.

Die preisgekrönten Solarmodule der CIS Reihe von Shell Solar liefern optimale Ergebnisse unter allen Betriebsbedingungen. Besonders geeignet sind diese Module für Einsatzumgebungen mit geringer Lichteinstrahlung oder für ein gleichmäßiges, optisch ansprechendes Erscheinungsbild. Die CIS-Produkte haben eine Leistungsgewährleistung von 10 Jahren.

Shell Solar kann auf mehr als 3 Jahre Erfahrung in der kommerziellen Fertigung der CIS-Technologie verweisen und beschäftigt sich seit mehr als 10 Jahren in Forschung und Entwicklung.
Geschäftsführer Hans Willemsen, Stellvertreter Thomas Harms, Wolfgang Lange, Lutz Leopold
Domagkstr. 34, 80807 München, Telefon: +49 (0) 89 / 45234-0

Bundesverband Solarindustrie (BSi) e.V.
Projektleitung:
Olivier Drücke
Autoren:
Olivier Drücke, Marco Nurr, Margit Freitag, Gerhard Stryi-Hipp
RegioSolar c/o Bundesverband Solarindustrie (BSi) e.V.
Telefon 030 29 777 88 0
Fax 030 29 777 88 99
E-Mail info@regiosolar.de
Internet www.regiosolar.de
E-Mail info@bsi-solar.de
Internet www.bsi-solar.de

Photovoltaik: Neue Generation von Solarmodulen
(9834/2)Als eines der ersten Unternehmen weltweit wird Siemens Solar die nächste Generation von Solarmodulen, die auf der sogenannten CIS-(Kupfer-Indium-Diselenid)-Dünnschicht-Technologie beruhen, in Serie fertigen. Die neue Technologie verspricht einen hohen Wirkungsgrad, niedrige Herstellungskosten und eine gleichmäßige Leistungsausbeute. Dagegen verlangt das bisher in der Industrie angewandte Fertigungsverfahren einen hohen Material- und Energieeinsatz. Bis heute werden Solarzellen verwendet, die aus kristallinem Silizium als „Scheiben" aus einem Block herausgesägt werden. Diese müssen anschließend wieder zusammengelötet werden, damit 36 Solarzellen die notwendige Leerlaufspannung (18 bis 25 Volt) liefern.

Die Preise für Solar-Silizium, das als Ausgangsmaterial dient, haben sich seit 1995 verdreifacht. Deshalb arbeiten Forscher und Entwickler mit erheblichen Aufwand, um den Verbrauch von Halbleitermaterialien um den Faktor 50 bis 100 zu senken. Die ersten Produkte, die Siemens Solar auf den Markt bringt, sind ein 5-Watt- und ein 10-Watt-Modul. Sie sind für Anwendungen im unteren Leistungsbereich, etwa für Notrufsäulen, Sicherheitssysteme oder für das Laden von Batterien, entwickelt worden. Bei diesen relativ kleinen Modulen zeigt sich ein weiterer Vorteil der Dünnschicht-Technik: Die geforderte Leerlaufspannung kann direkt im Herstellungsprozeß erzielt werden. Mit der Serienfertigung der beiden Module setzt Siemens Solar einen wichtigen Meilenstein: Die Erfahrungen mit diesen Produkten werden die Grundlage für die zukünftige Großfertigung von CIS-Solarmodulen mit höherer Leistung bilden. Dr. Norbert Aschenbrenner (089-636 33438) und Dr. Ulrich Eberl (089-636 33246), Siemens. Das Geschäft wurde an www.shell-solar.de verkauft.

CIS Dünnschichtzellen
CIS erzeugt auch bei wenig Licht Strom.
http://w4.siemens.de/FuI/de/archiv/zeitschrift/heft1_99/artikel11/
Kosten

Als ein ausgetüffteltes, sorgfältig entwickeltes und qualitativ hochwertiges Komplett-System wird der Solardachziegel bereits seit ca. 4 Jahren angeboten. Der Solardachziegel ist eine europäische Co-Produktion des weltweit führenden Solar-Modulherstellers Siemens Solar, der das Laminat liefert, mit dem erfahrenen schweizer Kunstoff-Hersteller Newtec-Plaston, der den Rahmen mit Ober- und Unterteil aus UV-beständigem Thermoplast liefert. Er erfüllt alle Anforderungen, wie sie auch an Modulhersteller gestellt werden und darüber hinaus noch diejenigen, die ein Dachziegel erbringen muß. D.h., er erfüllt sowohl alle Bedingungen, die an Dachdeckungsmaterialien gestellt werden in Bezug auf z. B. Witterungseinflüsse durch hohe Temperaturschwankungen, UV-Beständigkeit, Sturmsicherheit, Brandschutz inklusive Begehbarkeit und Schlagfestigkeit, als auch noch die ausschließliche Verwendung umweltgerechter rezykelbarer Baumaterialien. Der Solar-Dachziegel ist zum Einbau für geneigte Dächer vor allem bei Neu- und Altbauten konstruiert und er kann ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen mit nur minimaler Anpassung der Lattung wie eine herkömmliche Dachdeckung verlegt werden. Das modulare Konzept erlaubt es, beliebig große Photovoltaik-Anlagen aufzubauen. Bei der Verlegung muß wie bei normalen Dachsteinen auf eine ausreichende Hinterlüftung geachtet werden. Wenn die Größe der Solar-Dachziegelfläche festgelegt ist, muß die Position des Solarfeldes innerhalb des herkömmlichen Dachbereiches bestimmt werden. Man beginnt immer am unteren Rand mit dem Verlegen, wobei eine

Überlappung zur unteren Dacheindeckung bzw. durch Verwendung eines Dichtbandes ein Anschluß zu den konventionellen Dachsteinen hergestellt wird. Für die Anschlüsse an die seitliche Dachdeckung wird ein modulares System aus standardisierten und vorgefertigten Kupferblechen bzw. farblich abgestimmten Zinkblechen verwendet. Oben am Firstende setzt man am zweckmäßigsten eine Kehl-Schalung und darauf eine Dachdichtbahn ein, woran sich dann wieder normale Dachsteine überlappend anschließen.

Der Solar-Dachziegel besteht als Modul aus 24 monokristallinen Silicium-Solarzellen in Reihenschaltung mit integrierter Bypassdiode und ist in einem Laminat mit gehärteter reflexionsarmer Glasoberfläche eingebettet.

Der äußere elektrische Aufbau des Solar-Dachziegels macht durch herstellerseitige Konfektionierung mit einem verpolungs- und berührungssicheren Steck- und Anschlußdosensystem die Verlegung des modular erweiterbaren Solar-Dachziegelfeldes sehr leicht und in kurzer Zeit möglich.

Ein Solar-Dachziegelfeld erbringt auf 10m² Dachfläche etwa 1000 Watt Spitzenleistung, was einer jährlichen Solarstrom-Ausbeute bei 30° Dachneigung und Südlage von ungefähr 850 kWh bedeutet und kann als Einstiegs-Anlagengröße für die meisten Förderprogramme gewählt werden.

Auch im Selbstbau ist unter fachmännischer Anleitung für handwerklich geschickte Bauherren eine Solarstrom-Anlage mit Solar-Dachziegeln schon für ca. € 10.000 abzüglich Förderzuschuß problemlos realisierbar.

Dipl.-Ing. Roland Springorum, SODI
http://www.sodi-solar.de

  1 m² noch über 700 €

Solar-Stromerzeugung und Staatliche Förderung.

Liegt die Anlagengröße zwischen 30 und 100 kWp, erhält der Betreiber für den Teil der Anlage, der 30 kWp überschreitet, 0,546 EUR je kWh.

Ist die Solarstromanlage größer als 100 kWp, erhält der Betreiber für den Anlagenteil, der über 100 kWp liegt, 0,54 EUR je kWh.

Für eine 1-kW-Anlage benötigt man je nach Wirkungsgrad der Solarmodule etwa 10 Quadratmeter Dachfläche. Diese Anlage kann je nach Sonneneinstrahlung, Standort und abhängig von weiteren Faktoren zwischen 700 und 1.000 Kilowattstunden Strom pro Jahr produzieren. Dieser Ertrag würde den Jahresverbrauch eines sparsamen Ein-Personen-Haushalts decken.
Hier der ausführliche Fördervorschlag - http://www.solarfoerderung.de

Volkmar Dimpfl Siemens, Archiv:
Forschung und Innovation 1/1999
Kostengünstige Solarzellen
Solarzellen könnten einen wichtigen Beitrag für die dezentrale Energieversorgung leisten, wenn ihre Kosten deutlich
sinken würden. Die CIS-Technologie eröffnet jetzt neue Möglichkeiten.