_Elektro

Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern entfalten ihr höchstes Potenzial, wenn das Sonnenlicht zusätzlich durch Linsen auf wenige Quadratmillimeter kleine Bauelemente gebündelt wird. Damit gehören sie seit jeher zu den effizientesten Solarzellen. Mithilfe einer neuen Antireflexbeschichtung ist es einem Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) gelungen, die Effizienz der bisher besten Vierfachsolarzelle von 46,1 auf 47,6 Prozent zu erhöhen, bei 665-facher Sonnenkonzentration – derzeit gibt es weltweit keine effizientere Solarzelle.

Die Schichtstruktur der neuen Solarzelle wurde bereits 2016 gemeinsam mit dem französischen Unternehmen Soitec entwickelt. Es handelt sich hierbei um eine obere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), mit einer unteren Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs).

Höhere Effizienz durch eine Antireflexionsschicht und verbesserte Kontaktschichten

Die noch höhere Effizienz wurde nun erzielt, indem die Solarzellenschichten im Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen des Fraunhofer ISE mit verbesserten Kontaktschichten und einer 4-lagigen Antireflexionsschicht versehen wurden. Hierdurch sinken Widerstandsverluste ebenso wie die Reflexion an der Vorderseite der Zelle, die in einem breiten Spektralbereich von 300 bis 1780 Nanometern empfindlich ist. Herkömmliche Solarzellen aus Silizium absorbieren das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1200 Nanometern und benötigen damit keine solch breitbandige Entspiegelung.

Anwendung könnten solch höchsteffiziente Tandemsolarzellen in Konzentrator-Photovoltaik-Systemen finden, die in sonnenreichen Ländern zur Stromerzeugung eingesetzt werden – so der Bereichsleiter Photovoltaik-Forschung am Fraunhofer ISE Stefan Glunz. Mit der Tandemphotovoltaik sei es möglich, die Grenzen von Einfachsolarzellen hinter sich zu lassen und damit letztlich eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen.

Forschungsziel: Solarzelle mit 50 Prozent Wirkungsgrad

Unter dem Titel 50 Prozent wird schon seit zwei Jahren am Fraunhofer ISE an diesem ehrgeizigen Projekt 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 weiter optimiert und es werden prozesstechnologische Verbesserungen an den Metallkontakten sowie verbesserte Antireflexionsschichten eingebaut.

Fachwissen zum Thema