Wussten Sie, dass vor 70 Jahren eine revolutionäre „Persönlichkeit“ das Licht der Welt erblickte? Am 25. April 1954 präsentierten Forscher des renommierten Bell Labs in den USA die erste praktisch nutzbare Silizium-Solarzelle. Ein Ereignis, das es verdient, näher beleuchtet zu werden, besonders anhand des Berichts der New York Times von damals.
Die Beschreibung der Silizium-Solarzelle durch die New York Times als potenziellen Wegbereiter für die Nutzung der grenzenlosen Sonnenenergie für die menschliche Zivilisation könnte nicht passender sein, wenn man bedenkt, welche bedeutende Rolle sie in den letzten 70 Jahren eingenommen hat. Von Ruhestand kann gar keine Rede sein!
Aber was geschah genau am 25. April 1954?
Alles begann 1952 bei Bell Labs, der Forschungsabteilung der legendären Telefongesellschaft AT&T. Der Physiker Daryl Chapin erhielt den Auftrag, einen Ersatz für eine bestimmte Art von Batterie zu entwickeln, die nicht nur unter normalen klimatischen Bedingungen, sondern auch in tropischen Regionen funktionieren würde. Das Ziel war damals die autarke Stromversorgung von abgelegenen Telefonanlagen in den Tropen.
Ursprünglich sollte Chapin untersuchen, ob Windräder oder Dampfmaschinen geeignet wären. Doch er entschied sich dafür, die Energie der Sonne anzuzapfen. Die ersten Versuche mit Selen als Lichtleiter waren jedoch enttäuschend, da sie nur einen Wirkungsgrad von 0,5 Prozent erreichten.
Gemeinsam mit seinen Kollegen Gerald Pearson und Calvin Fuller experimentierte Chapin mit Silizium, das damals vor allem als Grundstoff der Transistortechnik bekannt war. Sie dotierten ein Siliziumkristall mit verschiedenen anderen Atomsorten, um Leitfähigkeit herzustellen. Schließlich gelang der Durchbruch durch das Dotieren des Siliziums mit Bor und Arsen: Die erste praktisch nutzbare Solarzelle der Welt war geboren, mit einem Wirkungsgrad von immerhin 6 Prozent!
Das Bild oben zeigt die Erfinder der ersten „echten“ Solarzelle. Von links nach rechts: Gerald Pearson, Daryl Chapin und Calvin Fuller. (Bild: Courtesy of AT&T Archives and History Center)
Während deutsche Ingenieure oft im Stillen arbeiten, erregten die drei Forscher von Bell Labs Aufmerksamkeit in den Medien: Auf der Wiese hinter dem Labor in New Jersey präsentierte Chapin im Beisein der New York Times und anderer Medien seine Solarzelle, die so groß wie eine Zigarettenschachtel war.
Dort nahm Pearson den Sender, der von der Zelle gespeist wurde, und rief: „This is a demonstration of the Bell solar battery in practical application. Do you hear me? Do you hear me?“ Tatsächlich, 100 Meter entfernt stand Fuller neben dem Empfänger und winkte den anderen beiden zu, um zu signalisieren, dass die Nachricht verstanden worden war.
“Jede Stunde schüttet die Sonne das Energieäquivalent von einundzwanzig Milliarden Tonnen Kohle auf die Erde”, titelte die New York Times am Folgetag auf ihrer Titelseite.
(Bild: Bell Lab)
Aus der Schlagzeile wird Realität!
“Heute ist die Solarzelle und damit die Photovoltaik allgegenwärtig und in aller Munde”, sagt SENEC-Produktmanager Daniel Karte. Momentan deckt die Photovoltaik rund ein Viertel des Anteils erneuerbaren Stroms ab.
“Seit 2020 ist Solarenergie offiziell die kostengünstigste Stromerzeugungsart”, berichtet Lisa Worobey, die ebenfalls zum Photovoltaik-Team der SENEC zählt.
Die Silizium-Solarzelle ist auf dem besten Weg, die hohen Erwartungen zu erfüllen. Produktmanager Daniel Karte beschreibt sie als ein hoch technologisiertes, aber vergleichsweise junges Produkt, das möglicherweise eine der drängendsten Fragen des 21. Jahrhunderts beantworten könnte.
In diesem Sinne: Herzlichen Glückwunsch, Solarzelle!
Scheinbar spielerisch einfach
Das Bild zeigt eine spielerische Versuchsanordnung, bei der eine Lampe auf eine Solarzelle strahlt, die denn mit selbst erzeugtem Strom ein Spielzeug-Riesenrad antreibt.
Bildquelle: Courtesy of AT&T Archives and History Center
Interview zum 70. Geburtstag der Solarzelle
Anlässlich des 70. Geburtstages der Solarzelle folgt nun ein Interview mit Daniel Karte, Produktmanager Photovoltaik und Lisa Worobey, Produktmanagerin Photovoltaik bei SENEC über die Bedeutung der Solarzelle.
70 Jahre Solarzelle – was bedeutet diese Innovation heute?
Daniel Karte: Erstmal müssen wir etwas präzisieren: Denn heute gratulieren wir nicht der Solarzelle an sich, sondern der Silizium-Solarzelle. Solarzellen allgemein gibt es sogar noch länger - 1883, das heißt 44 Jahre nach der Entdeckung des photoelektrischen Effekts durch Becquerel, baute Charles Fritts ein erstes Modul aus Selenzellen.
Momentan hat die Solarenergie einen Anteil von rund 25 Prozent innerhalb der erneuerbaren Energien. Deutschland kann ca. 10 Prozent des jährlichen Haushaltsstromverbrauchs rein aus Solarenergie beziehen. Solarenergie wurde 2020 offiziell zur kostengünstigsten Stromerzeugungsart, was auf die rasanten technischen Fortschritte und besonders kurze Entwicklungszyklen zurückzuführen ist.
Die Eigenschaften der Solarzelle sorgen für wahrhaft sonnige Aussichten auch in Zukunft – der Zuwachs wird weiter exponentiell sein. Zum 100. Geburtstag der Solarzelle rechnen wir damit, dass die solare Photovoltaik die wichtigste Quelle der Stromerzeugung ist.
Was bedeutet die Technologie für SENEC?
Lisa Worobey: Die Solarzelle ist das Herz der Solarmodule, und eine gute Grundlage für alle unsere Produkte - vom Stromspeicher bis zum PowerPilot (HEMS).
Die Solarzelle in Kombination mit dem PV-Modul gibt dem Endkunden die Möglichkeit, aktiver Teilnehmer am Strommarkt zu werden und ein Stück zur Energiewende beizutragen. Dafür bieten wir alle passenden Produkte.
Was begeistert euch ganz persönlich an der Solarzelle?
Daniel: Die Solarzelle ist zwar das primäre „Herzstück“, vielmehr begeistert mich die Photovoltaik aber insgesamt. Ob als flexible Variante in Fahrzeugen, als designerische Komponente an Fassaden oder zur doppelten Flächennutzung in der Landwirtschaft (Agri-PV), die Photovoltaik ist so vielseitig nutzbar und umfasst so viele Anwendungsgebiete.
Lisa: Sie ist einerseits ein hoch-technologisiertes, dabei aber andererseits noch ein vergleichsweise junges Produkt. Sehr günstig, relevant und zugänglich für jedermann. Vielleicht Antwortgeber einer der dringendsten Fragen des 21. Jahrhundert.
Welche Trends gibt es derzeit rund um die Solarzelle?
Daniel: Der Trend zu höheren Zelleffizienzen hält kontinuierlich an. Jeder versucht das Maximum an Wirkungsgrad aus einer Zelltechnologie zu ziehen. Bei den bisherigen Technologien ist der maximal mögliche Wirkungsgrad noch nicht erreicht. Physikalisch limitierender Faktor ist hier das Silizium, das nur einen gewissen Wellenbereich der Sonne überhaupt absorbieren kann. Mithilfe verschiedener Zellherstellungs- und Verschaltungskonzepte wird an Effizienzsteigerungen gearbeitet. Derzeit geht man von ca. 26 Prozent maximalem Zellwirkungsgrad aus, die Industrie wird dieses Limit vermutlich 2025 - 2026 erreicht haben.
Auf Laborebene wird an sogenannten Tandemzellen geforscht, also der beliebigen Kombination bestehender Technologien. Hierbei werden die Vorteile zweier oder mehr Technologien vereint, um sich ein größeres Spektrum des Sonnenlichts zunutze zu machen und insgesamt höhere Wirkungsgrade zu erzielen. Vermutlich sieht man hier ab 2026 - 2027 die ersten PV-Module ausgestattet mit dieser Art von Zelltechnologie, nach aktuellen Laborrechnungen stehen hier potenzielle Zellwirkungsgrade von über 33 Prozent im Raum.
Werden wir die Solarzelle im heutigen Sinne künftig überhaupt noch brauchen?
Lisa: Die Solarzelle wird uns, ob in Form eines Siliziumwafers, eines Dünnschichtabsorbers oder in organischer Form, zukünftig weiter begleiten. Da beispielsweise organische PV auf verschiedene Materialien aufgezogen und alle denkbaren Formen annehmen kann, wird die sich das Anwendungsgebiet der Photovoltaik ganz sicher insgesamt erweitern.
Mitunter wird das Solarmodul, was wir vom klassischen Hausdach kennen, in Zukunft mehr direkt in Gebäudehüllen installiert, ob als Fassaden-Photovoltaik oder Solardachziegel. Dementsprechend wird Solarstromerzeugung unter Umständen in Zukunft weniger offensichtlich.
Prinzipiell gibt es aber noch keine Moduldesigns, welche die klassische Solarzelle im klassischen Solarmodul kosten- und effizienzseitig schlagen. So oder so, wir werden die Solarzelle wie wir sie kennen, in jedem Fall weiter brauchen.
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Pressereferent
Martin Ulrich Jendrischik, Jahrgang 1977, beschäftigt sich seit mehr als 15 Jahren als Journalist und Kommunikationsberater mit sauberen Technologien. 2009 gründete er Cleanthinking.de – Sauber in die Zukunft. Im Zentrum steht die Frage, wie Cleantech dazu beitragen kann, das Klimaproblem zu lösen. Die oft als sozial-ökologische Wandelprozesse beschriebenen Veränderungen begleitet der Autor und Diplom-Kaufmann Jendrischik intensiv.