47,6 Prozent Wirkungsgrad

Effizienteste Solarzelle der Welt kommt aus Freiburg

31. Mai 2022, 13:26 Uhr | Kathrin Veigel
Fraunhofer ISE Solarzelle Forschung
Mithilfe einer neuen Antireflexbeschichtung konnte die Effizienz der bisher besten Vierfachsolarzelle von 46,1 auf 47,6 Prozent erhöht werden.
© Fraunhofer ISE

Dem Fraunhofer-Institut 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. Ein Meilenstein, denn es gibt gegenwärtig keine effizientere Solarzelle auf der Welt.

Seit zwei Jahren wird am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) an dem ehrgeizigen Projekt mit dem Namen »50Prozent« gearbeitet. Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) soll erstmals eine Solarzelle mit 50 Prozent Wirkungsgrad entstehen. Hierzu wird jede einzelne Schicht der komplexen Mehrfachsolarzellen noch einmal weiter optimiert und prozesstechnische 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.

Die Schichtstruktur der neuen Solarzelle wurde bereits 2016 gemeinsam mit dem französischen Unternehmen Soitec 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.

Die Solarzellenschichten wurden nun im Zentrum für hocheffiziente 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, welche in einem breiten Spektralbereich von 300 bis 1.780 Nanometern empfindlich ist. Herkömmliche Solarzellen aus Silizium absorbieren das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1.200 Nanometern und benötigen damit keine solch breitbandige Entspiegelung.

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«, erklärt Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik-Forschung am Fraunhofer ISE. »Mit der Tandemphotovoltaik ist es möglich, die Grenzen von Einfachsolarzellen hinter sich zu lassen und damit letztendlich eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen«


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