Forscher des Fraunhofer ISE haben ein Minimodul mit einem Wirkungsgrad von 43,4 Prozent vorgestellt. Es besteht aus einer Mehrfachsolarzelle und einer Optik, die das Sonnenlicht auf die Zelle konzentriert.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg haben mit einem konzentrierenden Solarmodul (Concentrated Photovoltaics – CPV) einen Wirkungsgrad von 43,4 Prozent erreicht. Die Freiburger schafften die Effizienz mit einem Minimodul, das auf einer Vierfachsolarzelle basiert. „Das ist ein neuer Meilenstein für die CPV-Technologie und zeigt das Potenzial für die industrielle Umsetzung“, freut sich Andreas Bett, stellvertretender Institutsleiter und Bereichsleiter Materialien – Solarzellen und Technologie am Fraunhofer ISE.
Zellwirkungsgrad von 46 Prozent
Mit dem Modulwirkungsgrad haben die Freiburger Forscher die Entwicklung konsequent fortgesetzt, die sie mit der CPV-Rekordzelle vor anderthalb Jahren begonnen haben. Damals haben sie zusammen mit Entwicklern von Soitec Solar und CEA-Leti eine Vierfachsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 46 Prozent vorgestellt. Da die Herstellung solcher Zellen im Vergleich zu normalen Solarzellen mit einer Halbleiterschicht sehr teuer ist, kommen sie auch nur in Konzentratormodulen zum Einsatz. Dabei wird das Sonnenlicht auf die Zelle gebündelt. Dadurch treffen deutlich mehr Photonen auf die Zelle. Die vier Schichten wiederum absorbieren unterschiedliche Lichtspektren, so dass mehr Strom erzeugt wird.
Optisches System verbessert
Die Herausforderung bei der Entwicklung solcher Systeme ist neben der Zellstruktur vor allem die Optik, mit der das Sonnenlicht konzentriert wird. Die Photonen müsse gleichmäßig auf alle vier Zellschichten verteilt werden. Das schaffen die Entwickler auf der einen Seite mit einer ausgeklügelten Zellstruktur, auf der anderen Seite aber auch mit der richtigen Linse. Die Freiburger nutzen eine Vierfachsolarzelle, die mit dem sogenannten Waferbonding-Verfahren hergestellt wurde. Dabei werden vier Wafer aus unterschiedlichem Halbleitermaterial übereinander gestapelt werden. Die Halbleiter bestehen in dieser Zelle aus Elementen der dritten und fünften Hauptgruppe. Konkret handelt es sich um Gallium-Indium-Phosphid (GaInP), Gallium-Arsenid (GaAs), Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs). Die Optik des Moduls besteht dabei aus einer Doppelglaslinse, die das Licht genauer auf die Zelle konzentrieren kann.
40-Prozent-Marke geknackt
Der bisherige CPV-Modulrekord der Freiburger Entwickler liegt bei 36,7 Prozent. Diesen haben die Forscher im Juli 2014 erreicht, indem sie Mehrfachsolarzellen von Soitec in ein sogenanntes Flatcon-Modul eingesetzt haben – einem Konzept, das am Fraunhofer ISE entwickelt wurde. Diesen Rekord haben die Entwickler bei Soitec Solar im vergangenen Jahr auf 38,9 Prozent nach oben getrieben. Mit der jetzigen Entwicklung haben die Freiburger die 40-Prozent-Marke geknackt. (Sven Ullrich)
