Mit Solarzellen frei vom Stromnetz

Nie wieder den Akku des Handys laden müssen – das wäre praktisch! Doch wenn der Strom nicht über ein Ladegerät aus der Steckdose kommt, müssen andere Energiequellen wie Solarzellen einspringen. Doch direkt ins Gehäuse integriert, bleibt den Solarzellen nur eine begrenzte Fläche. Ein Wettlauf beginnt: Mobile elektronische Geräte werden immer kleiner und leistungsfähiger, gleichzeitig erreichen die Hersteller von Solarzellen immer höhere Wirkungsgrade. Fast 25 Prozent sind es in speziellen Ausführungen, doch für den Massenmarkt sind solche Typen bisher viel zu teuer.

Ein Optimum dieser konkurrierenden Faktoren haben nun Forscher vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg gefunden: Ihr Hochleistungs-Solarmodul ist in den Deckel eines Palmtops vom Typ Casio PV-250X integriert und macht das Gerät vollständig vom Stromnetz unabhängig. Der Prototyp ist in dieser Geräteklasse ein Novum. »Entscheidend ist, dass das Gerät auch bei niedrigen Beleuchtungsstärken nur mit Solarstrom arbeitet«, betont Dr. Christopher Hebling, Leiter der Gruppe Mikroenergietechnik am ISE. »An einem normalen Arbeitsplatz haben Sie nur drei Prozent der Helligkeit von vollem Sonnenschein. Bis hinunter zu einem Prozent bleibt bei unserem Solarmodul die elektrische Spannung praktisch konstant – bei konventionellen Zelltypen ist sie dort längst eingebrochen.«

Die hohen Leistungsdaten von über 35 Milliampère pro Quadratzentimeter bei direktem Sonnenlicht erreiche das Solarmodul dank seines speziellen Designs, wie Hebling erklärt: »Die vierzehn Einzelzellen aus monokristallinem Silicium liegen wie Dachschindeln übereinander. Sie bedecken den Sammelsteg, an dem selbst kein Strom erzeugt wird. So nutzen die Zellen die knappe Fläche optimal aus und erreichen einen Wirkungsgrad von mehr als zwanzig Prozent.«

Solarzellen mit einer solchen Leistung werden oberflächlich mit einer elektrisch passivierenden Schicht aus Siliciumoxid oder -nitrid beschichtet. Dieses nicht leitende Material muss an einigen Stellen gezielt und bisher recht aufwendig wieder abgetragen werden, um dort die elektrischen Kontakte anzubringen. Auch dafür haben die Fraunhofer-Forscher eine neue Lösung: Ein spezieller Laser schießt die Kontaktpunkte wieder frei. Die Gesamtzahl der nötigen Prozessschritte reduziert sich auf ein Fünftel gegenüber früher. Dies trägt dazu bei, dass diese Solarzellen gegenüber anderen Energiequellen konkurrenzfähig werden.