Neue Mehrfachsolarzelle: Photovoltaik hat noch viel Potenzial
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben gemeinsam mit der Firma EVG eine neue Mehrfachsolarzelle auf Siliciumbasis entwickelt, mit der ein Drittel der im Sonnenlicht enthaltenen Energie in Strom gewandelt werden kann.
06.04.2018 – Die Mehrfachsolarzelle, die 33,3 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie wandeln kann, besteht aus III-V-Halbleitern und Silicium. Solarzellen aus Silicium dominieren den globalen Photovoltaikmarkt mit einem Anteil von rund 90 Prozent. Forschung und Industrie arbeiten sich schrittweise mit neuen technologischen Entwicklungsschritten an die theoretische Wirkungsgradgrenze des Halbleitermaterials Silicium heran. Ziel dabei ist es, eine neue Generation von noch effizienteren Solarzellen zu entwickeln.
Die jetzt erzielte hohe Umwandlungseffizienz einer Mehrfachsolarzelle auf Silicium erreichten die Forscher durch 0.002 mm dünne Halbleiterschichten – weniger als ein zwanzigstel der Dicke eines Haars – aus III-V-Verbindungshalbleitern, die auf eine Siliciumsolarzelle aufgebracht werden, berichtet das Fraunhofer ISE. Das sichtbare Licht wird effizient in einer ersten Solarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid absorbiert, das nahe Infrarotlicht in Galliumarsenid und längerwelliges Licht schließlich in Silicium. So können die Wirkungsgrade heutiger Silicium-Solarzellen signifikant gesteigert werden.
Photovoltaik wichtiger Baustein für die Energiewende
Das Ergebnis der Forschung wurde in der renommierten Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlicht. „Die Photovoltaik ist eine der wichtigsten Säulen für die Energiewende“, sagt Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE. Die Kosten seien inzwischen so weit gesunken, dass die Photovoltaik eine wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Energien darstelle. Dabei sei die Entwicklung noch lange nicht am Ende. „Das neue Ergebnis zeigt, wie wir durch höhere Wirkungsgrade den Materialverbrauch reduzieren und damit nicht nur die Kosten noch weiter optimieren, sondern Solarstrom auch ressourcenschonend herstellen können“, so Bett.
Bereits im November 2016 hatten die Freiburger Solarforscher mit ihrem Industriepartner EVG einen Wirkungsgrad von 30,2 Prozent demonstriert und diesen im März 2017 auf 31,3 Prozent erhöht. Nun konnten sie die Lichtabsorption und die Ladungstrennung im Silicium noch einmal deutlich verbessern und damit einen neuen Rekordwert von 33,3 Prozent erzielen. Die Rekordzelle mit dem neuen Ansatz gleicht von außen einer herkömmlichen Solarzelle mit zwei Kontakten und kann somit leicht in Photovoltaikmodule integriert werden. Die Technologie hat auch die Jury der GreenTec Awards 2018 überzeugt, sie wählte diese Entwicklung unter die Top drei in der Kategorie Energie. Fraunhofer ISE / na
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