39,7 % - neuer Wirkungsgradrekord für Solarzellen

Das Fraunhofer-ISE in Freiburg hat erneut einen Rekord geknackt: 39,7 Prozent ist der europaweit höchste Wirkungsgrad für Mehrfachsolarzellen. Eine neue Kontaktstruktur – ein Geflecht aus dünnen Metalladern – brachte den Erfolg.

Mit dem neuen Rekord überbieten die Forscher am Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme noch einmal ihren kürzlich aufgestellten europäischen Wirkungsgradrekord von 37,6 Prozent. »Wir haben die Kontaktstrukturen unserer Solarzellen noch einmal optimiert«, sagt Dr. Frank Dimroth, Leiter der Arbeitsgruppe 'III-V Epitaxie und Solarzellen' am Fraunhofer ISE. »Dadurch erreichen wir mit den gleichen Halbleiterstrukturen nun eine noch höhere Umwandlungseffizienz von Sonnenlicht in elektrischen Strom.«

Mehrfachsolarzellen aus III-V-Halbleitern werden in der Photovoltaik-Konzentratortechnik für Solarstromkraftwerke eingesetzt. Für die Anwendung in PV-Konzentratorsystemen müssen die Mehrfachzellen bei 300 bis 600-facher Konzentration des Sonnenlichts ihre optimale Leistung erbringen. Genau auf diesen Wert konnten die Freiburger Forscher jetzt ihre Konzentratorzellen optimieren. Die Vorgängermodelle lieferten bisher ihren höchsten Wirkungsgrad erst bei 1700-facher Konzentration des Sonnenlichts.

Der wesentliche Unterschied zu den Vorgängermodellen liegt in der Metallisierung der Vorderseiten. Hier leitet ein Netzwerk aus dünnen Metalladern den Strom von der Mitte der Solarzelle an den Rand, wo er von einem 50 µm dicken Golddraht abgegriffen wird. Die Struktur dieses Metallnetzwerks ist unter Einfluss von konzentriertem Sonnenlicht entscheidend. Einerseits müssen die Adern dick genug sein, um die hohen Ströme mit möglichst geringem Widerstand zu transportieren. Andererseits sollten die Adern möglichst wenig der darunter liegenden Solarzelle abschatten.