Neuer Solar-Rekord: Siliziumbasierte Mehrfachsolarzelle erreicht Wirkungsgrad von 36,1 Prozent

© AMOLF

Freiburg - Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Solarenergieforschung (Fraunhofer ISE) und des NWO-Instituts AMOLF (Amsterdam) hat eine Mehrfachsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 36,1 Prozent hergestellt, dem höchsten Wirkungsgrad, der jemals für eine Solarzelle auf Siliziumbasis erreicht wurde.

Das Team hat den neuen Rekord in der letzten Woche auf der Europäischen Photovoltaik-Solarenergiekonferenz (EU PVSEC) in Lissabon vorgestellt. Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Fraunhofer ICON-Programms gefördert.

Der neue Rekord kombiniert eine hochmoderne "Silizium-TOPCon"-Solarzelle, ein neues, am Fraunhofer ISE entwickeltes Hocheffizienz-Zelldesign, mit zwei Halbleiterschichten aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP), die ebenfalls am Fraunhofer ISE entwickelt wurden. Der Schichtstapel wird dann mit einer speziell entwickelten Metall/Polymer-Nanobeschichtung überzogen, die am AMOLF entwickelt und am AMOLF und Fraunhofer ISE gemeinsam hergestellt wurde. Der Rückreflektor verbessert den Lichteinfang im Inneren der Solarzelle, wodurch der Wirkungsgrad erstmals über 36 Prozent gesteigert werden kann.

"Dieser neue Rekord ist das Ergebnis einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer ISE und AMOLF, die im Jahr 2020 begonnen hat“, so Albert Polman, der den AMOLF-Teil des Projekts leitet. "Es ist eine großartige Leistung der Forscher in beiden Teams, die besten verfügbaren Prozesse zu kombinieren, um gemeinsam einen neuen Wirkungsgradrekord für eine Silizium-basierte Mehrfachsolarzelle zu erzielen. Sowohl der neue Rückreflektor von AMOLF als auch die verbesserte GaInAsP-Mittelzelle von Fraunhofer haben zu diesem hervorragenden Ergebnis beigetragen", ergänzt Frank Dimroth vom Fraunhofer ISE.

Die neuen Ultrahocheffizienz-Solarzellen sind derzeit in der Herstellung teurer als herkömmliche Silizium-Solarzellen, die Wirkungsgrade von bis zu 27 Prozent erreichen. Einen großen Vorteil sehen die Forscher in den dem sehr hohen Wirkungsgrad der Mehrfachsolarzelle jedoch für Anwendungen, bei denen der verfügbare Platz begrenzt ist und eine große Menge an Solarstrom auf kleiner Fläche erzeugt werden muss.

Anwendungen sind zum Beispiel in solarbetriebenen Elektroautos, Konsumgütern und Drohnen vorgesehen. Das neue Lichtmanagementkonzept ist auch auf andere Arten von Solarzellen anwendbar, wie z. B. Silizium-Perowskit-Multijunction-Solarzellen.