Eine neue Solarzellentechnik soll Sonnenstrahlen noch effizienter einfangen und in Energie umwandeln: Die Strahlen treffen auf eine beschichtete Glasscheibe und werden innerhalb der Scheibe nach den Seiten durch mehrfache Reflektion abgeleitet. An den Rändern treffen sie gewissermaßen in aufkonzentrierter Form auf schmale Solarzellen, die daraus elektrische Energie erzeugen. Da ein Teil der Strahlung durch die Glasscheibe hindurchtritt, könnten nachgeschaltete herkömmliche Solarzellen diesen Rest zusätzlich in Strom umwandeln. Mit dem Prinzip haben Forscher um Marc Baldo vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge bereits Wirkungsgrade von bis zu 14 Prozent erzielt.
Auf das ein Millimeter dicke Glassubstrat dampften die Forscher eine hauchdünne Farbstoffschicht. Deren Dicke lag bei knapp sechs Mikrometern (tausendstel Millimeter). Der Farbstoff absorbiert das Sonnenlicht in einem ganz bestimmten Wellenlängenbereich. Dann geben die Moleküle die Energie sofort in alle möglichen Richtungen wieder ab. Strahlen, die senkrecht zur Glasscheibe laufen, gehen verloren, während alle Strahlen ab einem bestimmten Winkel in der Glasschicht gefangen bleiben und konzentriert an die Seiten geführt werden. Dort erzeugen aufgeklebte Solarzellen daraus Strom. Die Forscher erzielten mit einem solchen Glas-Farbstoffelement Wirkungsgrade von bis zu sechs Prozent. Der Wirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis von auftreffender Sonnenenergie zur gewonnenen elektrischen Energie.
Die Forscher untersuchten in weiteren Experimenten, wie sich der Wirkungsgrad noch weiter steigern lässt. Sie setzten hinter das Glas-Farbstoffelement ein zweites Element mit anderem Farbstoff. Dieser filtert das Licht in einem anderen Wellenlängenbereich heraus. Damit ließ sich der Wirkungsgrad um wenige Prozent steigern. Die höchsten Werte erzielten die Forscher mit 14,5 Prozent Wirkungsgrad, indem sie eine konventionelle Dünnschichtsolarzelle hinter ein einzelnes Glas-Farbstoffelement stellten.
Die neuen Konzentratorzellen sollen in der Herstellung günstig sein, erklären die Forscher. Außerdem müssen die Zellen nicht der Sonne nachgeführt werden, da die Farbstoffmoleküle über den Absorptions- und Emissionsprozess das Licht in der Glasscheibe halten ? unabhängig von der Einstrahlrichtung. Bisherige Konzentratorzellen arbeiten mit Linsen oder Spiegeln, die dem Sonnenstand folgen müssen und Licht auf eine Solarzelle bündeln. Diese wird dadurch aber sehr heiß und muss aufwendig gekühlt werden. Die MIT-Forscher haben bereits ein kleines Unternehmen gegründet, um die Farbstoff-Konzentratorzellen weiterzuentwickeln und auf den Markt zu bringen.
Marc Baldo (Massachusetts Institute of Technology in Cambridge) et al.: Science, Bd. 321, S. 226 ddp/wissenschaft.de ? Martin Schäfer
