Es ist nach eigenen Angaben die effizienteste Solarzelle der Welt, wie die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) betonen. Denn die neue Zelle der Freiburger erreicht satte 47,6 Prozent Wirkungsgrad – mit einer konzentrierenden Vierfachsolarzelle bei einer 665-fachen Sonnenkonzentration. Damit steigern sie den bisherigen Rekord für solche Zellen, der bei 46,1 Prozent lag. Damit nähern sie sich der 50-Prozent-Marke, ein Ziel, das sie im Rahmen eines entsprechenden Projekts schon seit zwei Jahren verfolgen.
Kontaktschichten verbessert
Die Forscher erreichen die höhere Effizienz mit einer neuen und verbesserten Antireflexbeschichtung. Außerdem haben sie die anderen Schichten der Mehrfachsolarzelle ebenfalls noch weiter optimiert. Dazu kommen noch prozesstechnologische Verbesserungen an den Metallkontakten. „Wir sind begeistert von diesem Ergebnis, welches nur ein Jahr nach der Eröffnung unseres neuen Zentrums für höchsteffiziente Solarzellen erzielt werden konnte“, freut sich Frank Dimroth, Abteilungsleiter für III-V Photovoltaik und Konzentrator-Technologie am Fraunhofer ISE. „Wir wollen mit unserer Arbeit einen Beitrag leisten, um die konzentrierende Photovoltaik noch effizienter und wettbewerbsfähiger zu machen, denn wir glauben, dass dies die nachhaltigste Form der erneuerbaren Stromerzeugung ist.“
Zwei Zellen verheiratet
Bereits im Jahr 2016 haben die Freiburger Forscher mit ihren französischen Kollegen von Soitec die grundlegende Schichtstruktur für die jetzigen Rekordzelle entwickelt. Die Basis ist eine Tandemsolarzelle mit Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs) als Halbleitermaterial. Diese haben die Entwickler von Soitec auf eine untere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) gesetzt. Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern gehören seit jeher zu den effizientesten Solarzellen der Welt.
Breiten Spektralbereich absorbieren
An dieser Schichtstruktur haben die Forscher seit Jahren weitergearbeitet. Jetzt haben die Kollegen im Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen des Fraunhofer ISE die Zelle mit verbesserten Kontaktschichten und einer 4-lagigen Antireflexionsschicht versehen. Dadurch sinken Widerstandsverluste und die Reflexion an der Vorderseite der Zelle, die in einem breiten Spektralbereich von 300 bis 1780 Nanometern empfindlich ist. Zum Vergleich: Herkömmliche Solarzellen aus Silizium absorbieren das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1200 Nanometern. Sie brauchen dadurch aber auch keine solch breitbandige Entspiegelung.
Fraunhofer ISE
Sonnenlicht konzentriert
Zusätzlich wird das Sonnenlicht durch Linsen auf wenige Quadratmillimeter kleine Solarzellen gebündelt. Dadurch entfalten die III-V-Verbindungshalbleiter ihr höchstes Potenzial. „Zu den Anwendungsmöglichkeiten solcher höchsteffizienten Tandemsolarzellen gehören Konzentrator-Photovoltaik-Systeme, die in sonnenreichen Ländern zur effizienten Energieerzeugung beitragen,“ sagt Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik Forschung am Fraunhofer ISE. „Mit der Tandemphotovoltaik ist es möglich, die Grenzen von Einfachsolarzellen hinter sich zu lassen und damit letztendlich eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen“, prognostiziert er. (su)
Einen Überblick über die aktuellen Zelltechnologien für die nicht-konzentrierenden Solarmodule bekommen Sie im nächsten Heft von ERNEUERBARE ENERGIEN. Falls Sie noch kein Abo haben, können Sie hier reinschnuppern.
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