Fraunhofer ISE katapultiert Effizienz von Vierfach-Solarzelle auf 47,6 Prozent

Mehrfachsolarzellen haben das Potenzial, die Wirkungsgrade der aktuell gängigen Photovoltaik-Technologien deutlich zu erhöhen. Im Projekt „50Prozent“ verriet bereits der Name, was die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE erreichen wollen. Dabei kommen sie ihrem Ziel immer näher. Nun haben sie mit Hilfe einer neuen Antireflexbeschichtung die Effizienz der bislang besten Vierfach-Solarzelle von 46,1 auf 47,6 Prozent bei 665-facher Sonnenkonzentration verbessert. Die Ergebnisse stellten sie auf dem aktuell stattfindenden „2. Internationalen TandemPV Workshop“ in Freiburg vor.

Das Forschungsprojekt „50Prozent“ läuft bereits seit zwei Jahren. Es wird vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Ziel ist die Herstellung einer Solarzelle mit 50 Prozent Wirkungsgrad, wobei jede einzelne Schicht optimiert werde und prozesstechnologische Verbesserungen an den Metallkontakten unternommen würden. „Wir wollen mit unserer Arbeit einen Beitrag leisten, um die konzentrierende Photovoltaik noch effizienter und wettbewerbsfähiger zu machen, denn wir glauben, dass dies die nachhaltigste Form der erneuerbaren Stromerzeugung ist“, erklärt Frank Dimroth, Abteilungsleiter für III-V Photovoltaik und Konzentrator-Technologie am Fraunhofer ISE.

Seit einem Jahr finden die Forschungsarbeiten am damals eröffneten Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen statt. Bereits 2016 sei gemeinsam mit dem französischen Hersteller Soitech die Schichtstruktur der Vierfach-Solarzellen entwickelt worden, hieß es weiter. Es handele sich um eine obere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), die von Soitec auf eine untere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) gebondet wurde.  Diese sei nun mit verbesserten Kontaktschichten und einer vierlagigen Antireflexionsschicht versehen worden. Damit sinken dem Fraunhofer ISE zufolge die Widerstandsverluste sowie die Reflexion auf der Vorderseite der Zelle, der in einem breiten Spektralbereich von 300 bis 1780 Nanometern empfindlich sei. Herkömmliche kristalline Solarzellen absorbierten das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1200 Nanometern und benötigen damit keine solch breitbandige Entspiegelung, so die Forscher aus Freiburg weiter.

Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern zählen zu den effizientesten Solarzellen der Welt. Ihr höchstes Potenzial könnten sie entfalten, wenn das Sonnenlicht zusätzlich durch Linsen auf wenige Quadratmillimeter kleine Bauelemente gebündelt werde. Die in Konzentrator-Photovoltaik-Anlagen verbauten Solarzellen kommen besonders in sonnenreichen Ländern zum Einsatz. Beim Fraunhofer ISE glaubt man aber auch an einen Schub für die Photovoltaik insgesamt. „Mit der Tandem-Photovoltaik ist es möglich, die Grenzen von Einfachsolarzellen hinter sich zu lassen und damit letztendlich eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen“, erklärte Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik Forschung am Fraunhofer ISE.