Ein Team aus deutsch-französischen Wissenschaftlern erreicht einen neuen Rekordwirkungsgrad von 44,7 Prozent bei einer Konzentratorzelle. Diese Entwicklung könnte die Kosten für Solarstrom künftig weiter senken.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE aus Freiburg erzielte gemeinsam mit dem Helmholtz Zentrum Berlin und den Franzosen von Soitec sowie den Forschern des CEA-Leti einen neuen Weltrekord für die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Die Rekordsolarzelle basiert auf einer neuen Solarzellenstruktur mit vier Teilsolarzellen. Nach drei Jahren Forschung konnte im Labor ein neuer Rekordwirkungsgrad von 44,7 Prozent bei einer 297-fachen Konzentration des Sonnenlichts gemessen werden. Das teilten die ISE-Forscher nun mit.
„Neben verbessertem Material und optimierter Struktur spielt vor allem ein neues Verfahren, das Wafer-Bonden, eine zentrale Rolle“, frohlockt Frank Dimroth, der das Entwicklungsvorhaben am Fraunhofer ISE leitet. Mit diesem Verfahren würden zwei Halbleiterkristalle miteinander verbunden, die aufgrund unterschiedlicher Kristallgitter nicht aufeinander passen. „So können wir die optimale Halbleiterkombination für höchsteffiziente Solarzellen herstellen.“
Auf dem Weg zur 50 Prozent Solarzelle
Der Wirkungsgrad bedeutet, dass 44,7 Prozent der gesamten Energie im Sonnenspektrum in Strom umgewandelt werden – vom ultravioletten Licht bis hin zu langwelliger Wärmestrahlung. Dies sei 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.
Derartige Solarzellen werden in der Konzentrator-Photovoltaik, kurz CPV eingesetzt. Einer Technologie, die an den sonnenreichen Standorten der Welt doppelt so hohe Wirkungsgrade wie konventionelle Solarkraftwerke ermöglicht. Diese Technologie kommt aus der Weltraumforschung. Bei Mehrfachsolarzellen werden mehrere Zellen aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien übereinander gestapelt. Die einzelnen Teilsolarzellen absorbieren somit unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts. Die Konzentratormodule werden von der Firma Soitec, einem ISE-Spin-Off, produziert. In 18 Ländern hat die Firma bereits Solarkraftwerke damit gebaut, unter anderem in Italien, Frankreich, Südafrika, und dem US-Staat Kalifornien. (Niels H. Petersen)
