Sensation bei Solarzellen! Ein Forschungsteam aus den USA konnte erstmals hauchdünne, leistungsfähige Zellen entwickeln. Damit ließe sich theoretisch nahezu alles per Solarenergie laden, vom E-Auto bis zur Smartwatch.
Das Nervigste an mobilen Geräten wie Smartphones oder Smartwatches ist, dass der Akku zu den ungünstigsten Momenten den Geist aufgibt: Mitten im Anruf, kurz bevor du die Fitnessdaten vom Joggen speichern kannst und besonders gerne dann, wenn du keine Lademöglichkeit in der Nähe hast.
Es wäre ideal, wenn du stattdessen deine Geräte-Akkus per Solarenergie laden könntest. Doch bislang gibt es keine Solarzellen, die sowohl klein als auch leistungsfähig genug für smarte Geräte sind. Bis jetzt. Denn ein Forschungsteam aus den USA hat einen sensationellen Durchbruch bei Solarzellen erreicht.
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Neuer Effizienzrekord bei hauchdünnen Solarzellen
Das Team der Universität Stanford aus Kalifornien hat einen Effizienzrekord mit hauchdünnen Solarzellen erreicht. Die Ergebnisse sind im Wissenschaftsmagazin Nature erschienen.
Demnach konnte das Team nicht nur Solarzellen herstellen, die dünner als ein Blatt Papier sind, sondern mit einem neuen Material auch die Effizienz der Zellen deutlich verbessern. Bei dem Halbleiter-Material handelt es sich um Transition Metal Dichalcogenides, auch TMD gennant.
Die TMD-Zellen aus Stanford sind hauchdünn und effizient. (Foto: Koosha Nassiri Nazif)
TMD-Zellen können im Vergleich zu anderen Materialien von der Oberfläche her sehr viel mehr Sonnenlicht auffangen. Das Problem dabei: Bislang ist es nicht gelungen, mehr als zwei Prozent des aufgefangenen Sonnenlichts von TMD-Zellen in Energie umzuwandeln.
Das ist nicht sehr effizient. Größere Silikon-Zellen erreichen Umwandlungswerte um etwa 30 Prozent. Genau in diesem Bereich konnte das Stanford-Team nun einen neuen Rekord setzen. Bei ihren TMD-Zellen konnten sie die Umwandlungseffizienz auf 5,1 Prozent steigern und damit mehr als verdoppeln.
Die Forschenden glauben jedoch, dass mit einigen optischen und elektrischen Verbesserungen ein Umwandlungswert von 27 Prozent erreicht werden kann. Und ab hier würde es dann sehr interessant werden, insbesondere für die Technologie-Branche.
„Die nächste Generation von Solarzellen“
Denn, wenn es möglich wäre, derart dünne Solarzellen effizient zu gestalten, könnten sie auch in kleinste technische Geräte verbaut werden, wie etwa Smartwatches oder Sensoren. TMD-Zellen sind „großartige Kandidaten für die nächste Generation von Elektronikgeräten und Solarzellen“, sagt darum Studien-Mitautor Koosha Nassiri Nazif gegenüber dem Magazin Forbes.
Doch auch für größere Anwendungen, wie etwa Elektroflugzeuge oder Elektroautos, könnte das ein entscheidender Durchbruch sein. Denn die Möglichkeit, die Lebensdauer des Akkus über Solarzellen zu erhöhen, bedeutet auch längere Reichweiten.
Dass das funktionieren kann, zeigt zum Beispiel das deutsche Elektroauto-Sart-up Sono Motors mit dem Sion. Das E-Auto ist in seiner Außenschicht mit Solarzellen ausgestattet, was dem Fahrzeug an sonnigen Tagen bis zu 30 Kilometer zusätzliche Reichweite bringen kann.
Mit effizienteren Solarzellen könnte man damit problemlos die meisten deutschen Pendelstrecken allein per Sonnenenergie zurücklegen.
Neuer Durchbruch beim Gewicht
Dabei würde auch ein weiterer Durchbruch helfen, den die Wissenschaftler:innen aus Kalifornien mit ihren TMD-Zellen erreichen konnten: das Gewicht. Denn das Team schaffte es nicht nur, die Solarzellen effizienter zu gestalten, sondern auch, das Gewicht-Leistungs-Verhältnis um den Faktor Hundert zu verbessern.
Das würde die Integration der Zellen in Geräten und Fahrzeugen deutlich vereinfachen. Denn je dünner die Zellen sind, desto einfacher lassen sie sich in Geräte einbauen.
„Vereinfacht gesagt, könnte man damit Solarzellen in alles integrieren – etwas, das mit den klobigen, harten Silikon-Solarzellen nicht möglich ist, die derzeit 95 Prozent des Solarzellen-Marktes ausmachen“, sagt Nazif.
Wenn es daher möglich wäre, all dies per Massenproduktion zu skalieren, dann könnte das der entscheidende Durchbruch für die Solarenergie sein. Denn mit derartigen TMD-Zellen müsste man theoretisch fast kein Elektrogerät mehr per Steckdose aufladen. Darum ist Nazif überzeugt: TMD-Zellen könnten alles verändern.
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Aus diesem Artikel spricht viel Begeisterung über diese „sensationellen“ Solarzellen. Leider muss ich die Autorin hier etwas auf den Boden der Realität zurückholen, denn die sieht ganz anders aus: Ich selbst arbeite seit fast 25 Jahren auf dem Gebiet der Integration möglichst hocheffizienter Solarzellen in wirklich alle möglichen Anwendungen, wir haben hier schon hunderte interessanter Projekte umgesetzt. Und jedesmal, wenn ich alle paar Monate mal wieder eine solche Sensationsmeldung vom „Durchbruch neuartiger Solarzellentechnologien“ lese, bin ich einerseits belustigt, aber auch verärgert über dieses völlig realitätsferne Geschwätz der Marketingleute (vor allem aus den USA) in solchen Forschungsinstituten. Wenn das allles so gekommen wäre wie von diesen prognostizert, hätten wir heute spottbillige organische Solarzellen mit 20% Effizienz, gerne auch aus CIGS oder CdTe oder – aktuell der letzte Schrei – Perowskit! Aber nein, tatsächlich haben die dann real verfügbaren Module doch nur Wirkungsgrade um die 5-10%, etwas mehr vielleicht auf starrem Glas (weil das billiger und hermetisch dichter ist als Folien und sie dort auch nicht so stark degradieren) und die Preise sind viel höher als Folienmodule mit kristallinem Silizium. Richtig gelesen, das geht mit diesen nämlich auch, wenn man etwas davon versteht, denn dann sind sie gar nicht mehr so „klobig und hart“ und jedenfalls hocheffizient und preiswert.
Ansonsten: In den meisten elektrischen Geräten haben Solarzellen keinen sinnvollen Verwendungszweck, da sie entweder kaum in der Sonne stehen oder zuviel Energie verbrauchen. Es gibt leider nur einen kleinen Teil geeigneter Geräte, aber das reicht durchaus für die Einsparung immenser Mengen CO2, und vor allem schafft es dann auch zum Teil echte Autarkie.
Übrigens: Mein Forschungsthema vor 30 Jahren waren Solarzellen aus Übergangsmetall-Dichalkogeniden (wie im Artikel), wir haben damals sogar einen echten Effizienz-Weltrekord gemacht, aber eben nur im Labor… und vor 30Jahren…
Hallo Oliver,
ich gebe dir sehr Recht. Zwischen Ergebnissen in Laboren und in der Massenproduktion liegen Welten (und viele Jahrzehnte), wie wir es auch bei den Batteriezellen aktuell sehen. Ob die (durchaus) sensationellen Werte aus den Forschungsarbeiten sich dann letztlich übertragen lassen, muss man definitiv abwarten. Allerdings: Die hohe Forschungsdichte in diesem Bereich hat sich in den letzten 30 Jahren deutlich gesteiget, was durchaus hoffen lässt.
die Überschrift klingt nach Weltsensation, liest man genauer dann steht drin, dass sie im Moment die Effizienz von 2% auf 5% gesteigert haben. Alles andere ist Hoffnung für die Zukunft. Und mit 5% ist man sehr weit hinter den 30% klassischer PV Zellen. Heisst: bis da irgendwas Realität wird werden noch viele Jahre vergehen.
Ein bisschen weniger Euphorie und mehr journalistische Sachlichkeit fände ich da schon hilfreich, das hilft dann auch besser um einzuschätzen, wo wir wirklich stehen