Tokio (JAPANMARKT) – Toshiba hat die weltweit erste transparente Solarzelle entwickelt. Das ermöglicht eine neuartige Bauweise mit mehr Leistung.

Zukunft für Tandemzellen

Das Unternehmen spricht selbst von einem Durchbruch. Das kann man in mehrfacher Hinsicht verstehen. Erstens lässt sich die durchsichtige Solarzelle auf eine andere Solarzelle aufbringen. Wenn jede davon ein unterschiedliches Wellenspektrum des Sonnenlichts in Strom umwandelt, wird mehr Strom für weniger Kosten erzeugt. Zweitens besteht das leitende Material der durchsichtigen Zellen aus Kupferoxid. Das Material kommt schon in dieser Form vor und ist reichlich vorhanden, sodass die Zellen preisgünstig sind.

Die transparenten Solarzellen erzeugen Strom, indem sie Licht mit kurzen Wellenlängen absorbieren und gleichzeitig etwa 80 Prozent des Lichts mit längerer Wellenlänge durchlassen. Als oberste Zelle über einer kristallinen Silizium-Solarzelle eingesetzt, ermöglichen sie die Umwandlung von Licht in Energie über einen weiten Wellenlängenbereich von kurz bis lang. In Kombination mit den heute weit verbreiteten kristallinen Silizium-Solarzellen lassen sich kostengünstige, hocheffiziente Tandemsolarzellen realisieren.

Effizienteste Tandemzelle

Tandemsolarzellen verfügen über eine transparente obere Zellschicht, die direkt Licht einfängt, sowie eine untere Zellschicht, die ebenfalls Licht durch die obere Zelle empfängt. Diese Kombination wird voraussichtlich einen höheren Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung liefern als allein kristalline Siliziumzellen.

Dies wurde bereits in kommerzialisierten Tandemsolarzellen mit Gallium-Arsenid-Halbleitern nachgewiesen. Während diese Zellen einen Wirkungsgrad im hohen 30-Prozent-Bereich aufweisen, der 1,5 bis 2 Mal höher ist als bei kristallinen Silizium-Solarzellen, sind ihre Herstellungskosten um die Faktoren mehrere hundert bis mehrere tausend Mal teurer.

Spezielle Herstellung

Obwohl sich in Kupferoxid leicht Verunreinigungen aus Kupferoxid (CuO) und Kupfer bilden können, produzierte Toshiba eine transparente Kupferoxidzelle mit einer speziellen Dünnschichtwachstumsmethode. Dabei wird die Anwesenheit von Sauerstoff während der Filmbildung kontrolliert und die Bildung von Kupferoxid und Kupfer in der Folie unterdrückt. Solche Solarfilme können etwa 80 Prozent des Lichts mit einer langen Wellenlänge von 600 Nanometer oder höher durchlassen.

Die Experimente des Unternehmens mit einer Prototyp-Tandemsolarzelle ergaben, dass eine kristalline Silizium-Solarzelle als Bodenzelle etwa 80 Prozent ihres Wirkungsgrades im Alleinzustand erreicht, bedingt durch die Reduzierung der eingefallenen Lichtmenge. Toshiba sagt vorher, dass in drei Jahren kostengünstige Tandemsolarzellen mit einer transparenten Kupferoxid-Aufbausolarzelle kommerzialisiert werden.

Foto: Transparente Solarzelle (Toshiba)