Photovoltaik-Forschung: Sandia Labors präsentieren Mikro-Solarzellen mit wettbewerbsfähigem Wirkungsgrad

Laut einer Pressemitteilung der US-amerikanischen Sandia National Labors haben Wissenschaftler kleine, paillettenähnliche Solarzellen entwickelt, welche die solare Energiegewinnung und – nutzung revolutionieren könnten. Die Sandia Labore mit Niederlassungen in Albuquerque (New Mexico) und Livermore, (Kalifornien) gehören zu einem Forschungsunternehmen, das von der Sandia Corporation geleitet wird. Die winzigen Solarzellen könnten laut Sandia eine Person zu einem wandelnden Batterie-Solarladegerät machen, wenn sie auf flexiblem Trägermaterial auf ungewöhnlichen Flächen angebracht werden, zum Beispiel auf der Kleidung.
Die Solar-Partikel, gefertigt aus kristallinem Silizium, eröffneten ein Potenzial für vielfältige neue Anwendungen, so Sandia in der Pressemitteilung. Zudem seien sie billiger und effizienter als gängige Photovoltaik-Zellen, die aus 6-Quadratzoll-Solarwafern zusammengesetzt werden. Die Sandia-Zellen würden mit mikroelektronischen und mikroelektromechanischen Systemtechnologien (MEMS) hergestellt.

Mehr als 20 größenbedingte Vorteile
Laut Sandias leitendem Forscher Greg Nielson hat das Forschungsteam mehr als 20 Vorteile der geringen Größe der Mikro-Solarzellen ermittelt. Diese umfassen laut Pressemitteilung neue Anwendungsmöglichkeiten, eine verbesserte Leistung, das Potenzial zur Kostensenkung und höhere Wirkungsgrade. „Letztendlich können die Einheiten in großen Mengen hergestellt und auf unüblichen Materialien angebracht werden, beispielsweise für die gebäudeintegrierte Photovoltaik, an Zelten oder auch auf der Kleidung“, erläutert Nielson. Dies würde es Jägern, Wanderern oder Militärangehörigen ermöglichen, unterwegs Batterien für Telefone, Kameras und andere elektrische Geräte aufzuladen. Außerdem könnten Mikro-Solarmodule eingeprägte Stromkreise enthalten, die helfen könnten, Funktionen zu nutzen, die normalerweise aufwändigen Großflächenkonstruktionen vorbehalten seien.
10-mal dünner als herkömmliche 6-Zoll-Solarzellen
Sandia-Außendiensttechniker Vipin Gupta kommentiert: „Solarstrommodule aus diesen Mikro-Solarzellen für die Dächer von Häusern könnten mit intelligenten Steuerungen, Wechselrichtern und Speichervorrichtung in Chipgröße ausgestattet werden. Solche integrierten Module könnten den Aufwand für die Angebotserstellung, Zulassungen und den Netzanschluss entscheidend vereinfachen, den unsere solartechnischen Assistenzteams im praktischen Einsatz so oft erfahren.“ Sandia-Forscher Murat Okandan hebt ab auf die Energiegewinnung im großen Maßstab: „Einer der wichtigsten Vorteile ist die gegenüber herkömmlichen Photovoltaik-Technologien deutliche Senkung der Herstellungs- und Installationskosten.“ Die potenzielle Kostenreduktion ergebe sich zum Teil daraus, dass die Mikrozellen relativ wenig Material benötigen, um gut gesteuerte und hoch effiziente Geräte zu bilden, heißt es in der Pressemitteilung. Mit 14 bis 20 Mikrometern (ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer dick) seien sie 10-mal dünner als konventionelle 6-Quadtratzoll große Solarzellen, würden aber dennoch den selben Wirkungsgrad erreichen.

100-mal weniger Silizium für die gleiche Menge Solarstrom
„Die Zellen benötigen 100-mal weniger Silizium, um die gleiche Menge Strom zu produzieren“, betont Sandia-Forscher Okandan. „Da sie viel kleiner sind und weniger mechanisch verformt werden als konventionelle Zellen, könnten sie auf lange Sicht auch zuverlässiger sein.“ Ein weiterer Vorteil bei der Herstellung sei, dass die Zellen aufgrund ihres Durchmessers von wenigen hundert Mikrometern aus gängigen Wafern jeder Größe hergestellt werden könnten. Ferner könnte bei einer bei der Herstellung defekten Solarzelle der restliche Wafer weiter genutzt werden, während bei herkömmlichen Einheiten in solchen Fällen der komplette Wafer nicht mehr nutzbar sei.

Hocheffiziente Photovoltaik für eine umfassende Solarenergieversorgung
„Die Verschattungstoleranz unserer Einheiten bei darüber befindlichen Hindernissen ist besser als bei konventionellen Photovoltaik-Modulen“, erklärt Greg Nielson. „Die Teile, die nicht im Schatten liegen, erzeugen trotzdem Strom, während manche herkömmlichen Module in solchen Fällen ganz ausfallen.“ Da flexible Trägermaterialien leicht herzustellen seien, werde hoch effiziente Photovoltaik für eine allgegenwärtige Solarenergieversorgung praktikabler, ergänzt Murat Okandan.

Sandia-Zellen mit 14,9 Prozent Wirkungsgrad
Laut Sandia wird jede Zelle auf Silizium-Wafern geformt, geätzt und anschließend günstig in sechseckiger Form mit vorgefertigten elektrischen Kontakten mit Technologien aus integrierten Stromkreisen und MEMS ausgegeben. Mit einem Wirkungsgrad von 14,9 Prozent bei der Stromproduktion konnten die Sandia-Zellen mit konventionellen großen Wafern aus kristallinem Silizium konkurrieren, so das Unternehmen in der Pressemitteilung. Herkömmliche Module erreichten 13 bis 20 Prozent.

11.01.2010 | Quelle: Sandia National Laboratories | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH