Start-up schafft Rekord-Wirkungsgrad bei Solarzellen
Solarenergie ist einer der großen Hoffnungsträger bei erneuerbaren Energien. Als Herausforderung bleibt, den Wirkungsgrad von Solarzellen zu maximieren. Jetzt berichtet ein Start-up von 25,54% – und leistet sogar einen Beitrag zur Nachhaltigkeit.
Kommerziell erhältliche Siliziumsolarzellen enthalten Silber, aber ein australisches Start-up zeigt, wie Kupfer einen nachhaltigeren Weg in die Zukunft bieten kann.
Foto: panthermedia.net/Petkov
Bundesweit wurden knapp zwei Millionen Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von etwa 54 Gigawatt installiert, Stand 2020. Sie erzeugen etwa 51,4 Terawattstunden Strom im Jahr. Flächen stehen nur begrenzt zur Verfügung – in dicht bebauten Regionen fehlt Platz. Und nicht jedes Dach eignet sich, um Solarzellen anzubringen. Damit bleibt als Strategie, den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen. Etliche Ingenieurinnen und Ingenieure arbeiten weltweit an dieser Herausforderung. Ein Durchbruch ist jetzt SunDrive Solar gelungen.
Silizium-Solarzellen: Weltrekord gebrochen
Das australische Start-up erhielt vom Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) die Zertifizierung, dass innovative Silizium-Solarzellen in kommerzieller Größe einen Wirkungsgrad von 25,54 % erreicht haben. Dieser Wert übertrifft den bisherigen Weltrekord von 25,26% von LONGi Solar, China. Silizium ist derzeit die dominierende Solarzellentechnologie und diese Technologie: 95% aller im Jahr 2020 installierten Module basieren darauf.
Was die Leistung von SunDrive noch bemerkenswerter macht, ist, dass Kupfer anstelle von Silber verwendet wird, um den elektrischen Strom aus den Zellen abzuleiten. Kupfer ist als Rohstoff rund 100-mal günstiger als Silber und weit verbreitet. Kosten für neue Solarmodule könnten deutlich sinken.
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Solarzellen: Steigende Nachfrage könnte zu Rohstoff-Engpässen führen
Zum Hintergrund: SunDrive stellt sich bereits seit 2015 der Herausforderung, Silber in kommerziell nutzbaren Silizium-Solarzellen durch Kupfer zu ersetzen, um langfristige Perspektiven der Technologie zu verbessern. Da sich etliche Länder weltweit in den kommenden Jahrzehnten auf erneuerbare Energien umstellen werden, rechnen viele Firmen mit einer steigenden Nachfrage. Engpässe erwarten Firmen derzeit nicht.
„Um die globale Erwärmung zu begrenzen, müssen wir Solarzellen mit vielen Terawatt installieren; dafür wird eine Menge Metall benötigt“, sagt Alison Lennon. Sie ist Professorin an der University of New South Wales und Beraterin von SunDrive.
Die Expertin befürchtet, Silber würde aufgrund fehlender Alternativen früher oder später aus minderwertigen Erzen gewonnen, was zu stärkeren Emissionen führen könnte.
Kupfer ist als Ressource nicht nur als Erz in vielen Ländern verfügbar, sondern auch kostengünstiger und leichter zu recyceln. Das Metall von verkupferten Solarmodulen lässt sich leichter aus alten Modulen zurückgewinnen und erneut nutzen.
„Unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit ist dies ein enormer Vorteil“, kommentiert Lennon.
Von der Doktorarbeit zum Start-up für Solarzellen
Doch wie lassen sich mit Kupfer kommerzielle Solarzellen bauen? Dieser Fragestellung haben sich Doktoranden der University of New South Wales (UNSW) gewidmet. Auf Grundlage ihrer wissenschaftlichen Arbeit, anfangs noch in einer Garage in Sydney, haben sie ein Unternehmen ausgegründet. Sie stellten 2019 eine Silizium-Solarzelle auf Kupfer- statt auf Silberbasis her, die zum effizientesten Modul in Industriegröße wurde, das jemals in Australien produziert wurde.
Im vergangenen Jahr erhielt das Start-up eine staatliche Förderung, um die Technologie von einer Zelle in Industriegröße auf ein kommerzielles Modul zu skalieren, das auf Dächern angebracht werden kann. Diese neuesten Zellen wurden kürzlich am Institut für Solarenergieforschung Hameln in Deutschland getestet, das dem Team Anfang des Monats die Zertifizierung für den neuen Weltrekordwirkungsgrad erteilte.
Solarzellen mit Rekordwerten unter Praxisbedingungen
Mit 25,54% übertrifft das australische Team den bisherigen Rekord für den Wirkungsgrad einer Silizium-Solarzelle in kommerzieller Größe von 25,26%, den das chinesische Unternehmen Longi aufgestellt hatte. Andere Silizium-Solarzellen haben diesen Wert im Labor bereits übertroffen, aber das Erreichen einer solchen Leistung bei Zellen in kommerzieller Größe, bei der sogar Kupfer anstelle von Silber verwendet wird, gilt als bemerkenswerter Schritt nach vorn.
„Viele Leute, darunter auch ich, haben viele Jahre damit verbracht, um zu zeigen, dass Kupfer eine wirtschaftlich tragfähige und nachhaltige Alternative zu Silber ist“, gibt Lennon zu bedenken. „Wir waren nie in der Lage, die Industrie vollständig zu überzeugen, aber genau das ist Sundrive mit diesem Weltrekord gelungen.“ Und weiter: „Ich glaube, dass dies ein echter Wendepunkt für die Branche sein könnte.“
Ihre Lösung erklären die Gründer in diesem Video:
Wie viel Silizium ist in einer Solarzelle?
95% aller Solarzellen werden aus Silizium gefertigt. Silicium kommt in der Natur als Quarz oder Silicat vor und wird vom Sauerstoff unter hoher Temperatur getrennt. Die photoaktive Schicht einer Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial, das in der Regel Silizium ist. Die Leitfähigkeit von Halbleitern erhöht sich durch Zufuhr von Energie – bei Solarzellen in Form von Licht.
Über SunDrive
Das Unternehmen schafft kostengünstige, effiziente und materialreichen Solarzellen. Das Start-up sitzt in South Sydney, Australien. 2015 gründeten die zwei UNSW-Absolventen Vince Allen und David Hu das Unternehmen, um die Entwicklung von Solarzellen in Australien zu beschleunigen. Sie wollen das Maximum aus dem Potenzial der Solarenergie herausholen.
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