Höhere Wirkungsgrade mit Tandem-Photovoltaik
Halbleitermaterialien für eine bessere Ausnutzung des Sonnenspektrums
Um die Kosten für Solarstrom zu reduzieren gilt es, die Wirkungsgrade der Solarzellen zu steigern. Der Wirkungsgrad der derzeit marktdominierenden Siliziumtechnologie liegt theoretisch bei gut 29 Prozent. Mit industrietauglichen Solarzellenwirkungsgraden von 26 Prozent haben Forschung und Industrie bislang ein wirtschaftlich machbares Limit erreicht.
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Da die Weiterentwicklung der bekannten Siliziumtechnologie rein physikalisch an seine theoretische Grenze kommt, wird derzeit von zahlreichen Forschungseinrichtungen ein sogenannter Tandemansatz verfolgt. Das Neue daran ist, dass dabei unterschiedliche Halbleitermaterialien zu einem Tandem aus zwei oder mehr Solarzellen zusammengefügt werden, um auf diese Weise das Spektrum der Sonnenstrahlung besser ausnutzen zu können. Das wird möglich, da jede der verwendeten Materialien einen jeweils anderen Bereich des Sonnenspektrums in elektrische Energie umwandelt.
Mit der Tandem-Photovoltaik-Forschung verfolgt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE den Ansatz, eine Silizium-Basiszelle mit III-V-Halbleitern oder mit Perowskiten zu einer monolithischen Tandemsolarzelle zu verbinden, die nachher nicht anders aussieht als eine nur aus Silizium bestehende Zelle. Durch die Nutzung der unterschiedlichen Eigenschaften beider Schichten werden jedoch deutlich höhere Wirkungsgrade erzielt. Mit der Kombination aus Silizium mit III-V Halbleitern hat das Institut bereits einen Wirkungsgrad von 34,5% erreicht. Ein anderer vielversprechender Ansatz, der am Fraunhofer ISE verfolgt wird, ist die Kombination von Perowskiten mit Silizium. Große Fortschritte wurden auch bei direktem Wachstum von III-V-Halbleitern erzielt.
Die höhere Solarstromausbeute von Tandemsolarzellen und -modulen
ermöglicht PV-Installationen mit höherer Leistung auf kleineren
Flächen. Das kann zu einem schnelleren Ausbau der Photovoltaik
beitragen und letztlich mithelfen, die angestrebte Energiewende zu
beschleunigen.
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