Solarstrom Silizium-Perowskit-Tandem soll Wirkungsgrad erhöhen

Tandemsolarzelle aus Silicium und III-V-Halbleitern ermöglicht eine deutlich bessere Ausnutzung des Sonnenspektrums als heutige Standardsolarzellen.
Tandemsolarzelle aus Silizium und III-V-Halbleitern ermöglicht eine deutlich bessere Ausnutzung des Sonnenspektrums als heutige Standardsolarzellen.

Effektivere Solarzellen sollen den Photovoltaikausbau und die Energiewende beschleunigen. Das Fraunhofer ISE stellt auf dem European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EUPVSEC) vom 7.-11. September 2020 online die neuesten Forschungsergebnisse vor, insbesondere Tandem-Photovoltaik.

»Die höhere Solarstromausbeute von Tandemsolarzellen und -modulen ermöglicht Photovoltaik-Installationen mit höherer Leistung auf kleineren Flächen. Damit kann leistet die Tandem-Photovoltaik künftig einen wichtigen Beitrag zu dem für das Erreichen der Klimaziele und dem damit verbundenen notwendigen starken Photovoltaik-Ausbau leisten und trägt gleichzeitig zu noch mehr Nachhaltigkeit der für die Energiewende zentralen Technologie bei« sagt der Fraunhofer Indstitutsleiter Dr. Andreas Bett.

Die Kosten für Solarstrom zu reduzieren und die Wirkungsgrade zu steigern, war schon immer eine Hauptmotivation in der Solarzellenforschung. Da der Wirkungsgrad der marktdominierenden Siliziumtechnologie – deren stetige Weiterentwicklung zu Solarstrompreisen von heute unter 5 Eurocent pro Kilowattstunde selbst in Deutschland geführt hat – rein physikalisch an seine theoretische Grenze kommt, wird derzeit von zahlreichen Forschungseinrichtungen der Tandemansatz verfolgt. Dabei werden unterschiedliche Halbleitermaterialien zu einem Tandem aus zwei oder mehr Solarzellen zusammengefügt, um auf diesem Weg das Sonnenspektrum besser ausnutzen zu können. Denn jedes der verwendeten Materialien wandelt einen jeweils anderen Bereich des Sonnenspektrums in elektrische Energie um. Bei Silizium allein liegt die physikalisch-theoretische Grenze bei gut 29 Prozent, und Forschung und Industrie sind hier mit industrietauglichen Solarzellenwirkungsgraden von 26 Prozent am wirtschaftlich darstellbaren Limit angelangt.

Die Tandem-Photovoltaikforschung am Fraunhofer ISE verfolgt 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 allein aus Silicium bestehende Zelle. Durch die Nutzung der Eigenschaften beider Schichten kommen erhöhen sich die Wirkungsgrade deutlich. Mit der Kombination aus Silizium mit III-V Halbleitern hat das Fraunhofer ISE bereits einen Wirkungsgrad von 34,5 Prozent - weit über der Wirkungsgradgrenze von einfachen Solarzellen - erreicht. Auch bei direktem Wachstum von III-V-Halbleitern wurden jüngst sehr große Fortschritte erzielt. Ebenso bei einem weiteren vielversprechenden Ansatz, der Kombination von Perowskiten mit Silizium.

Vorträge auf der EUPVSEC

Mit mehr als 70 Vorträgen und Poster-Präsentationen – nicht nur zur Tandem-Photovoltaik, sondern auch zu anderen FuE-Schwerpunkten – treten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer ISE auf der vom 7. Bis 11. September 2020 stattfindenden European Photovoltaic Solar Energy Conference EUPVSEC auf. Sowohl die Konferenz als auch die Begleitausstellung finden in diesem Jahr Corona-bedingt online statt.

https://www.photovoltaic-conference.com/