Solarzelle erzielte 44,7 Prozent Wirkungsgrad

Solarzelle erzielte 44,7 Prozent Wirkungsgrad

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Teaserbild-Quelle: Foto: Fraunhofer ISE

Eine Solarzelle, die fast dreihundert Mal so stark konzentriert ist wie das Sonnenlicht: Diese Erfindung ist einem Forscherteam rund um das Fraunhofer-Institus gelungen. Damit haben die Forscher einen neuen Weltrekord für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom aufgestellt.

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Weltrekordsolarzelle mit 44,7 Prozent Wirkungsgrad, bestehend aus vier Teilsolarzellen auf Basis von III-V Halbleitern, für die Anwendung in der Konzentrator-Photovoltaik

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat gemeinsam mit Soitec, CEA-Leti und dem Helmholtz Zentrum Berlin eine neue Solarzelle entwickelt, die bei einer 297-fachen Konzentration des Sonnenlichts einen Rekordwirkungsgrad von 44,7 Prozent erreicht. Das heisst, die Zelle ist imstande 44,7 Prozent der gesamten Energie im Sonnenspektrum – vom ultravioletten Licht bis hin zu langwelliger Wärmestrahlung – in elektrische Energie umzuwandeln. Möglich macht dies der Aufbau der Solarzelle: Sie besteht aus einem Sandwich von vier Sub-Zellen, die für unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts empfindlich sind. Das ist ein bedeutender Schritt hin zu einer weiteren Kostensenkung für Solarstrom und auf dem Weg zur 50 Prozent Solarzelle.

Üblicherweise werden derartige Solarzellen in der Konzentrator-Photovoltaik (CPV) eingesetzt, einer Technologie, die an den sonnenreichen Standorten der Welt doppelt so hohe Wirkungsgrade wie konventionelle Solarkraftwerke ermöglicht. Aus der Weltraumtechnologie kommend, hat sich der Einsatz von sogenannten III-V Mehrfachsolarzellen durchgesetzt, um höchste Wirkungsgrade bei der Umwandlung des Sonnenlichts in Strom zu realisieren. Bei Mehrfachsolarzellen werden mehrere Zellen aus unterschiedlichen III-V-Halbleitermaterialien übereinander gestapelt. Die einzelnen Teilsolarzellen absorbieren unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts.

„Wir sind überglücklich und stolz auf unser Team, das seit drei Jahren an dieser Vierfachsolarzelle arbeitet“, sagt Dr. Frank Dimroth, Abteilungs- und Projektleiter für das Entwicklungsvorhaben am Fraunhofer ISE. „Diese Vierfachsolarzelle enthält unser über viele Jahre angesammeltes Wissen. Neben verbessertem Material und optimierter Struktur spielt vor allem ein neues Verfahren, das Wafer-Bonden, eine zentrale Rolle. Mit diesem Verfahren verbinden wir zwei Halbleiterkristalle miteinander, die aufgrund unterschiedlicher Kristallgitter nicht aufeinander passen. So können wir die optimale Halbleiterkombination für höchsteffiziente Solarzellen herstellen.“ (ffi/mgt)