29. August 2019

Neuer Rekord für mehrschichtige Solarzellen

Mit einem Wirkungsgrad von 34,1 Prozent haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE den aktuellen Weltrekord gebrochen.

Die hocheffiziente Zelle besteht aus dünnen Halbleiterschichten, wenige Mikrometer dick, die ihrerseits auf einer Siliziumsolarzelle aufgebracht sind. Insgesamt sind es drei Schichten. Während herkömmliche Siliziumzellen Licht mit einer Wellenlänge zwischen 800 und 1.200 Nanometern absorbieren, liegt der umzusetzende Bereich für diese Dreifachsolarzelle bei 300 bis 1.200 Nanometern. Hierin liegt der Vorteil der Dreifachstruktur: Die zusätzlichen Dünnschichten absorbieren andere Bereiche der Sonnenstrahlung. Somit kann das Licht hocheffizient ausgenutzt werden.

Aussehen wie herkömmliche Siliziumzelle

Um die Zellen herzustellen, nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Verfahren des direkten Waferbondens. Dieses stammt ursprünglich aus der Mikroelektronik. Es ist ein mehrstufiges Verfahren, durch das die Atome der Dünnschichtmaterialien Bindungen mit dem Silizium eingehen. Am Ende entsteht eine Zelle, die äußerlich einer konventionellen Siliziumsolarzelle gleicht. „Gegenüber früheren Ergebnissen wurden die Abscheidebedingungen noch einmal verbessert“, erklärt Dr. Frank Dimroth, Abteilungsleiter III-V-Photovoltaik und Konzentratortechnologie am Fraunhofer ISE, das neue Ergebnis. Zudem sei eine neue Zellstruktur für die oberste Teilzelle aus Gallium-Indium-Phosphid eingeführt worden, die das Licht noch besser in Strom umwandele. Der bisherige Weltrekord für diese Zellen lag bei 33,3 Prozent.

Die Entwicklungsarbeiten werden innerhalb des Projekts PoTaSi, kurz für „Demonstration des Potentials von monolithischen Tandemsolarzellen aus III-V Halbleitern und Silicium“ durch das BMWi gefördert.

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