Effizienteste Solarzelle der Welt: 47,6 % Wirkungsgrad

Seit zwei Jahren wird am ISE am Projekt ,50Prozent‘ gearbeitet, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Ziel ist eine Solarzelle mit 50 % Wirkungsgrad. Dazu wird jede Schicht der Mehrfachsolarzellen weiter optimiert, und es werden Verbesserungen an den Metallkontakten sowie verbesserte Antireflexionsschichten eingebaut. Zudem setzen die Forscher auf konzentriertes Sonnenlicht Mit der aktuell
vorgestellten Version gelang ein erster Durchbruch. „Wir sind begeistert von diesem Ergebnis, das nur ein Jahr nach der Eröffnung unseres neuen Zentrums für höchsteffiziente Solarzellen erzielt wurde“, so Dr. Frank Dimroth, Abteilungsleiter für III-V Photovoltaik und Konzentrator-Technologie am Fraunhofer ISE.

Der Wirkungsgrad steigt bis zu einer Konzentration von Faktor 665 an

Die Schichtstruktur der neuen Solarzelle wurde 2016 mit der französischen Soitec AG entwickelt. Es handelt sich 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 Schichten wurden am ISE mit verbesserten Kontakten und vierlagiger Antireflexion versehen. Dadurch sinken Widerstandsverluste ebenso wie die Reflexion an der Vorderseite der Zelle, welche im Spektralbereich 300 bis 1780 nm empfindlich ist. Silizium-Solarzellen absorbieren das Sonnenlicht nur bis herauf zu 1200 nm. Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern gehören zu den effizientesten Solarzellen, wenn das Sonnenlicht zusätzlich auf wenige Quadratmillimeter messende Bauelemente gebündelt wird. „Zu den Anwendungen gehören Konzentrator-Photovoltaik-Systeme, die zur effizienten Energieerzeugung beitragen“, sagt Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik Forschung am ISE. "Per Tandem-Photovoltaik ist es möglich, eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen."