Eine hundertjährige Geschichte der Photovoltaik-Technologie! Wann haben wir angefangen, Solarenergie zu nutzen?“

   „Die Geburt der Photovoltaik
Im Jahr 1839 führte AE Becquerel, ein 19-jähriger französischer Wissenschaftler, im Labor seines Vaters langsam zwei Platinelektroden in eine saure Silberchloridlösung ein.Ohne sein Wissen öffnete sich mit diesem „falschen“ Experiment langsam die Tür zur Welt der Photovoltaik.Er maß den zwischen diesen Elektroden fließenden Strom und stellte fest, dass der Strom im Licht etwas höher war als der Strom im Dunkeln;Er nannte dieses Phänomen den photovoltaischen Effekt.Was er nicht erwartet hatte, war, dass der kleine Photostrom, den er in diesem Experiment beobachtete, ein Jahrhundert später eine große Veränderung im menschlichen Energieverbrauch bewirken würde.Zu Ehren seiner Entdeckung wird der photovoltaische Effekt auch „Becquerel-Effekt“ genannt.

Nachdem Becquerels Experimente 37 Jahre lang ruhten, entdeckten der britische Wissenschaftler William Grills Adams und sein Schüler Richard Evans Day, dass Selen Elektrizität erzeugt, wenn es Licht ausgesetzt wird.Obwohl Selen nicht die elektrische Energie liefern konnte, die für die damals verwendeten elektronischen Komponenten erforderlich war, bewies dies, dass feste Metalle Licht direkt in Elektrizität umwandeln konnten.

Im Jahr 1883 plattierte der amerikanische Wissenschaftler Charles Fritz eine Schicht einer Selenmetallelektrode auf Germaniumblech, um die erste Photovoltaikzelle zu errichten.Obwohl es einen Umwandlungswirkungsgrad von nur 1 % hatte und äußerst kostspielig war, war Fritz ehrgeizig: „Es gibt kontinuierlich und gleichmäßig Strom ab, nicht nur bei Tageslicht, sondern auch durch die Nutzung von Streulicht und sogar schwachem Licht … Vielleicht sehen wir bald Photovoltaik.“ Panels konkurrieren mit [Kohlekraftwerken]!“ Leider hat sich seine Vorhersage nicht bewahrheitet.Er hatte eine Photovoltaikzelle an Siemens geschickt, damals auf Augenhöhe mit Edison, der seine Erfindung lobte.Siemens glaubte, dass die Photovoltaik-Technologie eine weitreichende Bedeutung in der Wissenschaft habe, und auch Maxwell, der damalige Physikbulle, stimmte zu, da er das berühmte „Maxwellsche Gleichungssystem“ in der Physik berühmt gemacht hatte.Seitdem haben viele Wissenschaftler begonnen, Grundlagenforschung zum photoelektrischen Effekt zu betreiben.Doch weder Siemens noch Maxwell konnten das Geheimnis hinter der Photovoltaik lüften.

Nach 24 Jahren dieses Rätsels gelang schließlich einem anderen Giganten der Physik, Albert Einstein, ein Durchbruch, der 1907 eine theoretische Erklärung des photoelektrischen Effekts lieferte, die auf seiner Quantenhypothese des Photons von 1905 basierte.Dafür erhielt er 1921 den Nobelpreis für Physik. Zwischen 1912 und 1916 bestätigte der amerikanische Experimentalphysiker Robert Andrews Milliken Einsteins Vermutung über den photoelektrischen Effekt durch Experimente und erhielt 1923 den Nobelpreis für Physik. Mit dem festen Träger Theoretisch begann die Entwicklung der Photovoltaik auf der Überholspur.

Im Jahr 1916 entdeckte der polnische Chemiker Jan Czeklarski das Kristallziehverfahren zur Reinigung von monokristallinem Silizium und benannte es nach ihm als Czeklarski-Methode.Die praktische Anwendung dieser Technologie bei der Herstellung von Wafern in der Halbleiterfertigungsindustrie begann erst in den 1950er Jahren, und mit der steigenden Nachfrage nach großformatigen Halbleiterbauelementen entwickelt sich dieser Prozess ständig weiter.

Das Rad der Geschichte drehte sich um fast 20 weitere Jahre weiter, als Wissenschaftler 1934 mit der Forschung an Dünnschichtsolarzellen begannen und sich die Schaffung energieautarker Systeme durch Solarzellen vorstellten.Experimentelle Daten zeigten, dass die Effizienz der Stromerzeugung durch Dotierung des Materials mit Metallverunreinigungen verbessert werden könnte.

Im Jahr 1940 schuf der US-amerikanische Halbleiterexperte Russell Orr die Grundstruktur des Festkörperdioden-pn-Übergangs, der eine solide Grundlage für die Erfindung und Herstellung von Solarzellen legte und die photovoltaische Stromerzeugung stark in den industriellen Bereich brachte.

Im Jahr 1953 stellten der amerikanische Physiker Daryl Chapin, Gerald Pearson und der Chemiker Calvin Sauser Fowler jeweils etwa 2 Zentimeter große kristalline Silizium-Solarzellen mit einem Produktionswirkungsgrad von etwa 4 % her.Seitdem haben Solarzellen nach und nach Einzug in die Industrie gehalten.

In die Industrie

Am 17. März 1958 flog der zweite künstliche US-Satellit mit chemischen und photovoltaischen Zellen durch die Trägerrakete ins All.Dieser kleine Satellit legte den Grundstein für den Einsatz von Solarzellen, die seitdem sukzessive für die Weltraumforschung weiterentwickelt werden.Der Wert der durch Batterien erzielten verlängerten Lebensdauer des Raumfahrzeugs übersteigt die hohen Kosten der Solarzellenherstellung bei weitem.Darüber hinaus sind Solarzellen billiger und weniger riskant geworden als Radioisotopengeneratoren.Heutzutage sind die meisten Raumfahrzeuge mit Solarzellen ausgestattet und etwa 1.000 Satelliten auf der Welt nutzen Photovoltaik zur Stromerzeugung.Im Weltraum erreichen Solarzellen eine Leistung von 220 Watt pro Quadratmeter.

1976 beschloss die australische Regierung, das gesamte Telekommunikationsnetz im Outback über Photovoltaik-Zellenstationen zu betreiben.Die Errichtung und der Betrieb von Photovoltaik-Kraftwerken waren so erfolgreich, dass sie weltweit das Vertrauen in die Solartechnik stärkten.

Seit 1980 werden kleine unbemannte Ölbohrplattformen im Golf von Mexiko mit Solarmodulen ausgestattet und ersetzen nach und nach die bisher verwendeten großen Batterien mit den Vorteilen der Wirtschaftlichkeit und Praktikabilität.

Seit 1983 nutzt die US-Küstenwache Photovoltaik für die Stromversorgung ihrer Signal- und Navigationslichter.Zu diesem Zeitpunkt betrug der US-Anteil am weltweiten Photovoltaikmarkt etwa 21 %, und der PV-Markt bestand hauptsächlich aus Inselsystemlösungen.

Seit 1990 schlägt der Schweizer Ingenieur Markus Real vor, dass es wirtschaftlich sinnvoller sei, jedes Haus mit einer eigenen Photovoltaikanlage auszustatten, also die dezentrale Energieumwandlung zu unterstützen.Er installierte 333 3-kW-Dach-PV-Anlagen in einzelnen Gebäuden in Zürich.

1991 startete Deutschland das 1.000-Dächer-Programm und das „Einspeisegesetz“ verpflichtete Energieversorger, Strom aus kleinen Erneuerbare-Energien-Anlagen zu beziehen.Es entstehen die Solon AG in Berlin und eine Solaranlage in Freiburg.

1994 und 1997 starteten Japan und die Vereinigten Staaten das Million Roof-Programm.

Im Jahr 2010 überstieg die Gesamtnennleistung von Photovoltaikanlagen in Deutschland 10 Gigawatt, im Jahr 2015 erreichte die Nennleistung von Photovoltaikanlagen weltweit 200 Gigawatt.