Mit flüssigem Metall zu neuen Wirkungsgrad-Rekorden

Mit Kühlungs-Know-how aus der Mikroprozessor-Kühlung will IBM den Wirkungsgrad von Konzentrator-Solarzellen deutlich steigern.

Das Prinzip der Energiegewinnung über Konzentrator-Photovoltaikzellen erinnert an ein Brennglas, mit dem man ein Stück Papier ansengen kann: Über eine Linse wird Sonnenlicht zunächst gebündelt. Das gebündelte Licht fällt auf eine Photovoltaik-Zelle, die die einfallende Strahlungsenergie in elektrischen Strom umwandelt. Diese Art der Stromgewinnung aus Sonnenlicht wird schon seit den Siebzigerjahren eingesetzt.

IBM hat nun eine Konzentratorzelle entwickelt, die nach eigenen Angaben in der Lage ist, fünf mal mehr elektrische Energie zu erzeugen. Heute eingesetzte Konzentratorzellen haben bisher eine Leistungsdichte von ca. 20 Watt pro Quadratzentimeter. IBMs Neuentwicklung erreicht 230 Watt pro Quadratzentimeter und übertrifft den bisher erreichten Wert somit um das Zehnfache.

Der zentrale Aspekt bei der IBM-Zelle ist dabei die Kühlung. Bei einer so hohen Energiedichte steigen die Temperaturen auf der Zelle ohne Kühlung auf über 1600 °C, was sogar Stahl schmelzen lässt. Die IBM-Forschergruppe war in der Lage, durch ein ausgefeiltes Kühlungssystem, dass das Unternehmen bereits in der Mikroprozessorkühlung eingesetzt hat, die Temperatur auf 85 °C zu senken.

Das von IBM entwickelte Kühlungssystem setzt eine dünne Schicht aus einer Flüsssigmetall-Legierung aus Gallium und Indium zwischen der Solarzelle und dem Kühlkörper ein. Diese Schicht liefert nach Angaben der Forscher den momentan besten Wärmetransport und ist in der Lage, die Zelle kühl zu halten. Sollte IBMs Prototyp es bis zur Marktreife schaffen, könnten solche Zellen durch die höhere Energieausbeute die Kosten der Energiegewinnung durch Konzentratorzellen deutlich senken.