Forscher des US Department of Energy im Lawrence Berkeley National Laboratory gelang ein neuer Rekord beim Wirkungsgrad von Solarzellen. Interessanterweise war der Schlüssel zur Steigerung der Ausbeute an elektrischer Energie die Erhöhung der Zahl abgestrahlten Photonen. Dies scheint auf den ersten Blick alles andere als nahe zu liegen, denn man würde intuitiv eher vom Gegenteil ausgehen, da man normalerweise für eine höhere Effektivität eher mehr Photonen einfangen muss.


Der Leiter der Forschungsgruppe Eli Yablonovitch meint dazu, dass eine gute Solarzelle auch eine gute LED sein muss. Laut seiner Ansicht wird eine Solarzelle um so besser, je mehr Photonen sie emittieren kann, denn damit steigt gleichzeitig auch deren Spannung. 

In einem Artikel beschreiben die Forscher auf welche Weise externe Fluoreszenz den Wirkungsgrad steigert, mit dem Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Shockley-Queisser-Grenze (SQ Limit) für das theoretische Maximum der Umwandlung geht von etwa 33,5% für die PN-Grenzschicht einer Solarzelle aus. Bei einer Sonnenenergie von 1 kW/m2 kann eine 1 m2 große Solarzelle also maximal 335 W an elektrischer Energie liefern.


Nach Berechnungen der Forscher kommt der Halbleiter Galliumarsenid diesem SQ-Limit sehr nahe. Die Spin-Off-Firma Alta Devices stellt solche Solarzellen bereits her und erreicht damit einen Wirkungsgrad von immerhin 28,4%. Allerdings ist Galliumarsenid  teurer als Silizium, kann dafür aber Photonen bis zu 10.000 Mal besser einfangen, wodurch weniger Material pro Solarzelle benötigt wird. Ein hoher Wirkungsgrad und die Photonen-Reemittierung haben noch weitere positive Effekte: Nicht in elektrische Energie umgewandelte Photonen machen sich als störende Wärme bemerkbar. Wieder abgestrahlte Photonen aber vermindern die Erwärmung. Außerdem erhöhte die Abstrahlung auch die Spannung der Solarzelle.


Bild: Alta Devices