Forschung : Fraunhofer ISE arbeitet an der weltweit effizientesten Solarzelle
Mithilfe einer neuen Antireflexbeschichtung ist es gelungen, die Effizienz der bisher besten Vierfachsolarzelle von 46,1 auf 47,6 Prozent zu erhöhen.
- © Fraunhofer ISEForscher*innen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist es gelungen, mit Hilfe einer neuen Antireflexbeschichtung die Effizienz der bisher besten Vierfachsolarzelle von 46,1 auf 47,6 Prozent bei 665-facher Sonnenkonzentration zu erhöhen. Aktuell gibt es keine effizientere Solarzelle auf der Welt.
Seit zwei Jahren wird am Fraunhofer ISE am Projekt "50Prozent" gearbeitet. Gefördert durch das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz soll erstmals eine Solarzelle mit 50 Prozent Wirkungsgrad entstehen. Hierzu werden die Schichten der Mehrfachsolarzellen optimiert und prozesstechnologische Verbesserungen an den Metallkontakten sowie verbesserte Antireflexionsschichten eingebaut. Nun gelang dem Projektteam ein erster Durchbruch: Ihre neueste Solarzelle erzielt einen Wirkungsgrad von 47,6 Prozent unter konzentriertem Sonnenlicht.
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.Dr. Frank Dimroth, Abteilungsleiter für III-V Photovoltaik und Konzentrator-Technologie am Fraunhofer ISE
Aufbau der Solarzelle
Die Schichtstruktur der neuen Solarzelle wurde 2016 gemeinsam mit der französischen Soitec AG entwickelt, einem Designer und Hersteller von 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.
Effiziente Energieerzeugung
Die Solarzellenschichten wurden nun mit verbesserten Kontaktschichten und einer 4-lagigen Antireflexionsschicht versehen. Dadurch sinken Widerstandsverluste ebenso wie die Reflexion an der Vorderseite der Zelle, welche in einem breiten Spektralbereich von 300-1780 Nanometern empfindlich ist. Herkömmliche Solarzellen aus Silicium absorbieren das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1200 Nanometern und benötigen damit keine solch breitbandige Entspiegelung.
Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern 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", weiß Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik Forschung am Fraunhofer ISE. Mit der Tandemphotovoltaik sei es möglich, die Grenzen von Einfachsolarzellen hinter sich zu lassen und damit letztendlich eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen, blickt er in die Zukunft.
