Solarzellen auf Rekordkurs

News: Solarzellen auf Rekordkurs

Tag für Tag liefert uns die Sonne eine ungeheure Menge Energie. Wissenschaftler versuchen, die Strahlung mit Photovoltaikzellen einzufangen und nutzbar zu machen. Dabei kämpfen sie um jedes Prozent Wirkungsgrad. Jetzt haben sie mit einem bestimmten Solarzellentyp, so genannten monolithischen Tandem-Konzentratorsolarzellen, die erfolgreich die 30 Prozent-Marke überschritten.

Tandemsolarzellen, bislang vorwiegend im Weltraum eingesetzt, wandeln durch spektral angepasste Teilsolarzellen die unterschiedlichen Bereiche der Sonnenstrahlung mit höherem Wirkungsgrad in elektrische Energie um. Sie stellen somit eine Möglichkeit zur Kostenreduktion dar. Die am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg entwickelten Zellen kommen in Konzentratormodulen zur Anwendung. Linsen oder Spiegelsysteme konzentrieren dabei das Sonnenlicht um einen Faktor 100 bis 1000. Dies birgt den Vorteil, dass die Fläche der kostenintensiven hocheffizienten photovoltaischen Energiewandler minimiert werden kann, denn die optischen Konzentratoren bündeln die Solarenergie auf wenig Fläche.

Jetzt kann das Fraunhofer ISE einen neuen Wirkungsgradrekord vermelden: Auch monolithische Tandem-Konzentratorsolarzellen erreichen nun Wirkungsgrade bis 31 Prozent. Nachdem die Freiburger Forscher mit mechanisch gestapelten Tandemzellen aus Galliumarsenid und Gallium-Antimon schon 1997 31,1 Prozent erzielt hatten, wurde nun auch für monolithische Tandem-Konzentratorzellen die magische Schallmauer von 30 Prozent durchbrochen.

Die Wissenschaftler am Fraunhofer ISE entwickelten dazu neue Schichtstrukturen auf der Basis von Gallium-Indium-Arsenid und Gallium-Indium-Phosphid, die in einem einzigen Prozess hergestellt werden können. Für diesen Prozess wurde eine Abscheideanlage der Firma AIXTRON AG aus Aachen eingesetzt. Es handelt sich dabei um eine Anlage, wie sie auch in der Industrie zur Herstellung von Solarzellen für die Anwendung im Weltraum genutzt wird.

Selbst bei einem Konzentrationsfaktor von 1300 erzielen die neuentwickelten Zellen noch einen Wirkungsgrad von 29 Prozent. "Solch hohe Wirkungsgrade bei einer so hohen Konzentration des Sonnenlichtes wurden bisher noch nie erzielt", konstatiert Andreas Bett, Leiter der Gruppe "III-V-Photovoltaikzellen und Schichtstrukturen" am Fraunhofer ISE. "Dies ist ein Meilenstein bei der Entwicklung von Konzentrator-Solarzellen in der Photovoltaik". Da für Konzentratorsysteme die direkte Sonneneinstrahlung notwendig ist, können sie vor allem in sonnigen Regionen kostengünstiger solare Energie erzeugen. Und bei einer konsequenten Weiterentwicklung erwartet das Fraunhofer ISE, dass auch Wirkungsgrade über 35 Prozent erzielt werden können.

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