Fraunhofer ISE meldet Rekord-Wirkungsgrad von 35,9 Prozent für III-V/Si-Tandem-Solarzelle

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Erst im August hatte das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE mit 25,9 Prozent einen neuen Rekord-Wirkungsgrad für eine direkt auf Silizium gewachsene III-V/Si-Tandem-Solarzelle verzeichnet. Jetzt melden das Freiburger Forschungsteam einen neuen Weltrekord für eine monolithische Tandemzelle bestehend aus III-V-Halbleitern und Silizium: Unter dem terrestrischen AM1.5g-Spektrum hat die Zelle der Meldung zufolge 35,9 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie umgewandelt.

Wie das Fraunhofer ISE weiter mitteilt, zeigt die Zelle das Potenzial der auf Silizium aufbauenden Tandem-Photovoltaik. Alle Schichten aus III-V-Halbleitern seien direkt mit der Silizium-Unterzelle auf atomare Ebene verbunden, von außen gesehen gleiche sie einer herkömmlichen Solarzelle mit zwei Kontakten. Mit dieser Bauweise erreiche die Zelle den selben Wirkungsgrad wie die beste mechanisch gestapelte Struktur mit vier Kontakten, die 2017 von NREL, CSEM und EPFL gemeinsam publiziert worden sei. Als wesentlich für die Verbesserung beschreibt das Fraunhofer ISE den Einsatz eines neuen Verbindungshalbleiters – nämlich GaInAsP – in der Mittelzelle. Durch das neue Material sei die Lebensdauer der Ladungsträger weiter verbessert und damit eine höhere Spannung der Zellen erreicht worden.

Die Produktionskosten der Zellen liegen heute noch deutlich über denjenigen klassischer Silizium-Einfachsolarzellen, so das Institut. Das liege an der aufwändigen Epitaxie der III-V Schichten und den vielen zusätzlichen Halbleiterprozessen, die bei der Herstellung der Zellen notwendig seien. Ziel sei es, die Herstellung in Zukunft kostengünstiger zu machen und damit auch den terrestrischen Photovoltaik-Markt zu adressieren – im Moment ziele die Zelle vor allem auf Anwendungen ab, bei denen eine hohe Leistung pro Fläche besonders vorteilhaft ist, beispielsweise in elektrisch betriebenen Flugzeugen und Drohnen.

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