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Neue Solarzelle schafft über 30 Prozent Wirkungsgrad

© Fraunhofer ISE© Fraunhofer ISEFreiburg - Solarzellen aus Silicium dominieren heute den globalen PV-Markt. Mit Blick auf höhere Wirkungsgrade und Kostensenkungen arbeiten Forschung und Industrie mit Hochdruck an neuen Solarzellen-Konzepten. Fraunhofer ISE-Forschern haben nun einen neuen Effizienzrekord erreicht.

Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE wurde eine Mehrfachsolarzelle auf Siliciumbasis entwickelt, mit der genau ein Drittel der im Sonnenlicht enthaltenen Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Mehrfachsolarzelle erreicht 33,3 Prozent Wirkungsgrad
Forschung und Industrie arbeiten sich mit neuen technologischen Entwicklungsschritten an die theoretische Wirkungsgradgrenze des Halbleitermaterials Silicium heran. Gleichzeitig gehen sie neue Wege, um eine neue Generation von noch effizienteren Solarzellen zu entwickeln. Forscher am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme haben gemeinsam mit dem Industriepartner EVG eine Mehrfachsolarzelle auf Siliciumbasis entwickelt, die einen Rekordwirkungsgrad von 33,3 Prozent erreicht. Bereits im November 2016 hatten die Freiburger Solarforscher zusammen mit EVG einen Wirkungsgrad von 30,2 Prozent demonstriert und diesen im März 2017 auf 31,3 Prozent erhöht. Nun konnten sie die Lichtabsorption und die Ladungstrennung im Silicium noch einmal deutlich verbessern und damit den neuen Rekordwert von 33,3 Prozent erzielen.

Ultradünne Teilzellen absorbieren Licht in großem Frequenzbereich
Die Rekordzelle mit dem neuen Ansatz gleicht von außen einer herkömmlichen Solarzelle mit zwei Kontakten und kann nach Angaben von Fraunhofer ISE somit leicht in Photovoltaikmodule integriert werden. Die jetzt erzielte hohe Umwandlungseffizienz einer Mehrfachsolarzelle auf Siliciumbasis erreichten die Forscher durch 0.002 mm dünne Halbleiterschichten – weniger als ein zwanzigstel der Dicke eines Haars – aus III-V-Verbindungshalbleitern, die auf eine Siliciumsolarzelle aufgebracht werden. Die Mehrfachsolarzelle auf Siliciumbasis weist eine Abfolge von übereinander gestapelten Teilzellen aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP), Gallium-Arsenid (GaAs) und Silicium (Si) auf. Die oberste Zelle aus GaInP absorbiert Licht im Wellenbereich zwischen 300 und 670 nm, die GaAs-Zelle zwischen 500 und 890 nm und die Si-Zelle längerwelliges Licht zwischen 650 und 1180 nm. So können die Wirkungsgrade heutiger Siliciumsolarzellen signifikant gesteigert werden.

Photovoltaik eine der wichtigsten Säulen der Energiewende
Angesichts der Kostendegression stellt die Photovoltaik aus Sicht von Dr. Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE, bereits jetzt eine wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Energien dar und ist eine der wichtigsten Säulen der Energiewende. „Aber diese Entwicklung ist noch lange nicht am Ende, und das neue Ergebnis zeigt, wie wir durch höhere Wirkungsgrade den Materialverbrauch reduzieren und damit nicht nur die Kosten noch weiter optimieren, sondern Solarstrom auch ressourcenschonend herstellen können,“ so Bett weiter. Die von Fraunhofer ISE gemeinsam mit der EV Group entwickelte Technologie hat auch die Jury der GreenTec Awards 2018 überzeugt. Sie wählte diese Entwicklung unter die Top drei in der Kategorie Energie.


© IWR, 2018


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