Neuer Rekord-Wirkungsgrad für Solarzelle

Freiburg – Mehrfach-Solarzellen können ein breiteres Spektrum des Sonnenlichtes absorbieren und in Strom umwandeln. Daher erreichen sie meist verblüffend hohe Wirkungsgrade. Freiburger Forscher haben in Kooperation mit einer Firma aus Österreich erneut einen Wirkungsgrad erzielt, der bei reinen Siliziumsolarzellen gar nicht möglich wäre.

Den Forschern am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg ist es gemeinsam mit der österreichischen Firma EV Group gelungen, eine Mehrfachsolarzelle auf Silizium-Basis mit nur zwei Kontakten herzustellen. Die theoretische Wirkungsgradgrenze reiner Siliziumsolarzellen wird damit sogar überschritten.

Neues Verfahren lässt Mehrfachsolarzelle auf Siliziumbasis gelingen

Die Wissenschaftler haben wenige Mikrometer dünne III-V Halbleiterschichten auf Silizium übertragen. Die Verbindung ist mit einem aus der Mikroelektronik bekannten Verfahren gelungen. Der erzielte Wirkungsgrad sei ein erstmaliges Ergebnis für eine derartige, vollständig integrierte Mehrfachsolarzelle auf Siliziumbasis, so das Fraunhofer ISE. Der Solarzelle sieht man die komplexe innere Struktur nicht an. Wie eine herkömmliche Siliziumsolarzelle verfügt sie über einen einfachen Vorder- und Rückseitenkontakt und kann wie diese in Photovoltaik-Module integriert werden.

Theoretische Grenzen von Siliziumsolarzellen überwinden

„Wir arbeiten daran, die theoretischen Grenzen von Siliziumsolarzellen zu überwinden“, sagt Dr. Frank Dimroth, Abteilungsleiter am Fraunhofer ISE. „Unsere langjährige Expertise im Bereich der Silizium- und III-V-Mehrfachsolarzellen hat uns geholfen, diesen Meilenstein nun tatsächlich zu erreichen.“ Die III-V/Si Mehrfachsolarzelle mit einer Fläche von 4 Quadratzentimeter wurde im Kalibrierlabor des Fraunhofer ISE vermessen und weist eine Effizienz von 30,2 Prozent für die Umwandlung des einfallenden Lichts in elektrische Energie auf. Die bislang höchste Effizienz einer reinen Siliziumsolarzelle liegt bei 26,3 Prozent und das für Silizium theoretisch berechnete Limit liegt bei 29,4 Prozent.

Eicke Weber: Tür zu weiteren Effizienzerhöhungen geöffnet

Die III-V/Si Mehrfachsolarzelle weist eine Abfolge von übereinander gestapelten Teilzellen auf, welche intern durch sogenannte Tunneldioden verschaltet sind. Institutsleiter Prof. Eicke R. Weber äußert sich begeistert über das Rekordergebnis: „Ich freue mich sehr darüber, dass es uns am Fraunhofer ISE gelungen ist, die Glasdecke von 30 Prozent Effizienz für eine integrierte Solarzelle auf Silizium-Basis mit nur zwei Kontakten so überzeugend zu durchstoßen. Wir öffnen damit die Tür zu weiteren Effizienzerhöhungen auf Basis des bewährten Siliziums in der Zukunft.“

Konzentrator-Photovoltaik erreicht noch höhere Wirkungsgrade

Bislang kommen vor allem Solarzellen auf Basis der Konzentrator-Photovoltaik (CPV) auf noch höhere Wirkungsgrade. Auch auf diesem Feld sind die Forscher am Fraunhofer ISE tätig. 2013 hatten sie eine Rekordsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von fast 45 Prozent entwickelt. Auch dabei handelte es sich um eine Mehrfach-Solarzelle, bestehend aus vier Teilsolarzellen. Der damalige Rekordwirkungsgrad von 44,7 Prozent wurde bei einer 297-fachen Konzentration des Sonnenlichts gemessen.

Quelle: IWR Online