Photovoltaik
PRODUKT INNOVATION
Europäische Länder haben in den letzten Jahren verstärkt in erneuerbare Energien investiert, wobei Photovoltaik hier eine entscheidende Rolle spielt. Deutschland, Spanien, Italien und Frankreich haben beträchtliche Kapazitäten und es herrscht ein steigender Bedarf an Photovoltaik-Anlagen.
Das große Problem der Photovoltaik ist die Effizienz, insbesondere im Zusammenhang mit Silizium-Solarzellen. Die Effizienz bezieht sich auf die Fähigkeit der Solarzellen, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln, und wie effektiv dieser Prozess abläuft. Silizium ist aktuell das am häufigsten verwendete Material für Solarzellen aufgrund seiner Halbleitereigenschaften und seiner Verfügbarkeit.
Wafer für Solarzellen werden heute hauptsächlich aus monokristallinem Silizium hergestellt.
Die preiswerteren polykristallinen Solarmodule werden fast nur noch auf großen Dächern installiert. Bei multikristallinen Modulen müssen sich Anlagenbetreiber mit einem Wirkungsgrad von maximal 18 % begnügen. Bei Dünnschichtmodulen liegt der maximale Wirkungsgrad gar bei 16 % und darunter.
Generell können nur relativ geringe Mengen der auftretenden Solarstrahlung in elektrische Energie umgewandelt werden. Weltweit arbeiten Forscherteams permanent an einer Verbesserung der Wirkungsgrade von Solarzellen und -modulen. Das Potenzial der Siliziumphotovoltaik ist aber mit maximal 25 % Wirkungsgrad praktisch ausgereizt – selbst der theoretisch maximal mögliche Wirkungsgrad liegt materialbedingt bei nur 29 %.
Aus Hochleistungssolarzellen mit Gallium- und Indiumverbindungen konnten im experimentellen Stadium bereits über kurzzeitig 45 % erreicht werden. Ein praktischer Einsatz ist jedoch kostenbedingt noch in weiter Ferne.
Die Lösung
Der Einsatz von sogenannten „Singel-Walled-Carbon-Nano-Tubes“ (SWCNT) für Solarzellen ist ideal. Die Netzweite der CNTs passt exakt zum Sonnenlichtspektrum im Infrarot und Ultraviolett Bereich und bringt eine extrem hohe Ladungsträgerbeweglichkeit sowie eine reduzierte Trägertransportstreuung mit sich. Basierend auf theoretische Berechnungen erreichen Solarzellen auf der Basis von CNT einen Wirkungsgrad von 60 % und mehr.
Graphen weist noch weitere, darüber hinaus gehende Eigenschaften auf und wird ebenfalls schon in der Forschung eingesetzt. Graphen ist transparent und weisen Solarzellen auf Graphenbasis eine Lichtdurchlässigkeit von über 90 % auf.
Auch das Problem der Effizienz mindernden Faktoren, des Einstrahlwinkels und der Erhitzung der Siliziumkollektoren gehören dann der Vergangenheit an.
Durch den Einsatz von CNTs und Graphen wird nicht nur der Wirkungsgrad der Solarzellen enorm erhöht und somit pro Flächeneinheit wesentlich mehr Strom produziert, sondern auch der Materialbedarf drastisch reduziert. Ultraleichte Solarzellen können somit den Weg für völlig neue Anwendungen ebnen.
Dass Graphen und CNTs in der Photovoltaik noch nicht in der Praxis eingesetzt werden, liegt sowohl an der Verfügbarkeit als auch an den noch zu hohen Kosten.
Beide Problemfelder konnte die AGT durch die Innovationen im Herstellungsprozess dieser High-Tech-Materialien lösen. Ein wichtiger Schritt für die Realisierung der angestrebten Energiewende.
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