Konzentrator-Photovoltaik
Solarzelle erreicht 44,7 Prozent Wirkungsgrad
44,7 Prozent: Diesen Rekordwirkungsgrad für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit Soitec, CEA-Leti und dem Helmholtz Zentrum Berlin erzielt.
Die Rekordsolarzelle basiert auf einer neuen Solarzellenstruktur mit vier Teilsolarzellen. Nach kaum mehr als drei Jahren Forschung haben die Partner den Rekordwirkungsgrad bei einer 297-fachen Konzentration des Sonnenlichts gemessen. Dies bedeutet, dass 44,7 Prozent der gesamten Energie im Sonnenspektrum, vom ultravioletten Licht bis hin zu langwelliger Wärmestrahlung, in elektrische Energie umgewandelt wird. Ein bedeutender Schritt hin zu einer weiteren Kostensenkung für Solarstrom und auf dem Weg zur 50-Prozent-Solarzelle.
Bereits im Mai 2013 hatte das deutsch-französische Team aus Fraunhofer ISE, Soitec, CEA-Leti und Helmholtz Zentrum Berlin eine Solarzelle mit 43,6 Prozent Wirkungsgrad veröffentlicht. Daran anknüpfend führten weitere intensive Forschungsarbeit und Optimierungsschritte zum vorliegenden Weltrekord von 44,7 Prozent.
Derartige Solarzellen werden in der Konzentrator-Photovoltaik (CPV) eingesetzt, einer Technologie, die an den sonnenreichen Standorten der Welt doppelt so hohe Wirkungsgrade wie konventionelle Solarkraftwerke ermöglicht. Aus der Weltraumtechnologie kommend, hat sich der Einsatz von sogenannten III-V Mehrfachsolarzellen durchgesetzt, um höchste Wirkungsgrade bei der Umwandlung des Sonnenlichts in Strom zu realisieren. Bei Mehrfachsolarzellen werden mehrere Zellen aus unterschiedlichen III-V-Halbleitermaterialien übereinander gestapelt. Die einzelnen Teilsolarzellen absorbieren unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts.
»Diese Vierfachsolarzelle enthält unser über viele Jahre angesammeltes Wissen. Neben verbessertem Material und optimierter Struktur spielt vor allem ein neues Verfahren, das Wafer-Bonden, eine zentrale Rolle. Mit diesem Verfahren verbinden wir zwei Halbleiterkristalle miteinander, die aufgrund unterschiedlicher Kristallgitter nicht aufeinander passen. So können wir die optimale Halbleiterkombination für höchsteffiziente Solarzellen herstellen«, erklärt sagt Dr. Frank Dimroth – Abteilungs- und Projektleiter für das Entwicklungsvorhaben am Fraunhofer ISE.
André Auberton-Hervé, Vorstandsvorsitzender und Geschäftsführer von Soitec: »Dieser Weltrekord, mit dem wir in weniger als vier Monaten unseren Wert um einen Prozentpunkt erhöhen konnten, zeigt das ungeheure Potenzial unseres Vierfachsolarzellen-Designs, das auf der Bonding-Technik und der Erfahrung von Soitec basiert.«
»Dieser neue Rekordwert bestärkt uns in unserem Ansatz der Bonding-Technik, die wir im Rahmen unserer Kooperation mit Soitec und dem Fraunhofer ISE entwickelt haben. Wir sind sehr stolz auf dieses neue Ergebnis, das den eingeschlagenen Weg der Entwicklung zukunftsweisender Prozesstechnologie für Solarzellen aus III-V Verbindungshalbleitern bestätigt«, so Leti-Geschäftsführer Laurent Malier.
Ursprünglich hatte die als Spin-off des Fraunhofer ISE 2005 gegründete Firma Concentrix die Technik entwickelt. Ende 2009 hatte Soitec Concentrix übernommen fertigt jetzt die Konzentratormodule. Diese besonders effiziente Technologie wird in solaren Kraftwerken in sonnenreichen Gebieten der Erde mit hoher Direktstrahlung eingesetzt. Soitec hat Konzentratorphotovoltaik-Kraftwerke in 18 Ländern gebaut, u.a. in Italien, Frankreich, Südafrika, und Kalifornien.
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