Neuer Rekord: Fraunhofer ISE entwickelt effizienteste Solarzelle der Welt mit 47,6 Prozent Wirkungsgrad

© Fraunhofer ISEFreiburg - Seit zwei Jahren wird am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Fraunhofer ISE) im Bereich Tandemsolarzellen an dem ehrgeizigen Projekt mit dem Titel „50 Prozent“ geforscht. Nun ist ein weiterer wichtiger Zwischenschritt erreicht.

Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer ISE arbeiten im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK geförderten Projektes an der Entwicklung von Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 50 Prozent. Durch Optimierungen der Kontaktschichten und der Antireflexionsschicht sind sie dem Projektziel nun deutlich nähergekommen und haben die bislang weltweit effizienteste Solarzelle enwickelt.

Verbesserte Kontaktschichten und 4-lagige Antireflexionsschicht sorgen für Wirkungsgradsteigerung
Mit Hilfe verbesserter Kontaktschichten und einer neuen Antireflexbeschichtung ist es am Fraunhofer ISE in Freiburg nun gelungen, die Effizienz der bisher besten Vierfachsolarzelle von 46,1 auf 47,6 Prozent bei 665-facher Sonnenkonzentration zu erhöhen. Ein Meilenstein, denn es gibt gegenwärtig keine effizientere Solarzelle auf der Welt.

„Wir sind begeistert von diesem Ergebnis, welches nur ein Jahr nach der Eröffnung unseres neuen Zentrums für höchsteffiziente Solarzellen erzielt werden konnte. 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“, so Dr. Frank Dimroth, Abteilungsleiter für III-V Photovoltaik und Konzentrator-Technologie am Fraunhofer ISE.

Die Schichtstruktur der neuen Solarzelle wurden bereits 2016 gemeinsam mit der französischen Soitec AG entwickelt, einem Designer und Hersteller innovativer Halbleitermaterialien. Es handelt sich hierbei um eine obere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), die von Soitec auf eine untere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) gebondet wurde.

Die Solarzellenschichten wurden nun im Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen des Fraunhofer ISE mit verbesserten Kontaktschichten und einer 4-lagigen Antireflexionsschicht versehen. Hierdurch sinken Widerstandsverluste ebenso wie die Reflexion an der Vorderseite der Zelle, die in einem breiten Spektralbereich von 300-1.780 Nanometern empfindlich ist. Herkömmliche Solarzellen aus Silicium absorbieren das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1.200 Nanometern und benötigen damit keine solch breitbandige Entspiegelung.

Effiziente Tandemsolarzellen kommen in Konzentrator PV-Systemen zum Einsatz
Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern gehören seit jeher zu den effizientesten Solarzellen der Welt. Sie entfalten ihr höchstes Potenzial, wenn das Sonnenlicht zusätzlich durch Linsen auf wenige Quadratmillimeter kleine Bauelemente gebündelt wird. Zu den Anwendungsmöglichkeiten solcher höchsteffizienten Tandemsolarzellen gehören Konzentrator-Photovoltaik-Systeme, die in sonnenreichen Ländern zur effizienten Energieerzeugung beitragen. „Mit der Tandemphotovoltaik ist es möglich, die Grenzen von Einfachsolarzellen hinter sich zu lassen und damit letztendlich eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen“, so Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik Forschung am Fraunhofer ISE.