Das Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) und das niederländische Forschungsinstitut AMOLF haben nach eigenen Angaben für eine Mehrfachsolarzelle, die auf Silizium und III-V-Halbleitern wie Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Gallium-Arsenid (GaAs) basiert, einen Wirkungsgrad-Weltrekord von 36,1 Prozent erzielt.
„Das Fraunhofer-Team ist weltweit bekannt für die Herstellung von ultrahocheffizienten Solarzellen auf der Basis von Silizium und III-V-Halbleitern wie GaInP oder GaAs“, so das Fraunhofer ISE in einer Mitteilung. „Das AMOLF-Team verfügt über langjährige Erfahrung in der Optimierung des Lichtmanagements in Solarzellen. In diesem Projekt haben wir dieses Wissen zusammengeführt, mit diesem einzigartigen Ergebnis. Die Solarzellen sind für die verschiedenen Bearbeitungsschritte zwischen Freiburg und Amsterdam hin- und hergereist, um auf diese Weise die vollständige Solarzelle aufzubauen.“
Nanophotonischer Lichteinfang mit großem Potenzial
Die Zelle basiert auf einer vom Fraunhofer ISE entwickelten Topcon-Technologie und einer speziell entwickelten Metall/Polymer-Nanobeschichtung von AMOLF. Letztere wird an der Unterseite der Silizium-Subzelle angebracht und ist dem Bericht zufolge dafür verantwortlich, die Verteilung der Lichtstreuung über den kritischen Winkel der internen Totalreflexion hinaus in der Zelle zu optimieren.
„Konkret optimieren wir die Geometrie einer hexagonalen Anordnung von Silber (Ag)-Nanoplatten, die in den Ag-Rückkontakt integriert sind, und zeigen, wie Abstand, Radius und Höhe der einzelnen Streuer die Leistungsverteilung über verschiedene Beugungsordnungen steuern und gleichzeitig die plasmonischen Streuverluste im interessierenden Wellenlängenbereich minimieren“, erklären die Wissenschaftler.
Für die Herstellung der metagrafischen Rückreflektoren mit Nanostrukturen nutzten sie die Substrat-Conformal-Imprint-Lithografie (SCIL), eine innovative Nanoimprint-Technologie im Maßstab eines ganzen Wafers.
Anschließend verbanden sie die oberen und unteren Zellen durch direktes Wafer-Bonden bei Raumtemperatur. Die resultierende Solarzelle hat eine Größe von 2 x 2 Zentimetern und verfügt über Frontkontakte, eine Antireflexionsschicht (ARC) und eine 1 Mikrometer dicke Ag-Schicht auf der Rückseite, die als elektrischer Kontakt und planarer Spiegel dient. „Nach dem Nanoimprinting und dem Ätzen wurden die Zellen erneut an das Fraunhofer ISE geschickt, wo sie einer abschließenden HF-Tauchbehandlung und Metallisierung unterzogen wurden“, erklären die Forscher.
Anhand mehrerer numerischer und experimenteller Untersuchungen stellte die deutsch-niederländische Gruppe fest, dass sich die externe Quanteneffizienz (EQE) des Multijunction-Bauelements gegenüber einem planaren Rückreflektor um über 1,52 Milliampere pro Quadratzentimeter verbesserte.
„Insgesamt zeigt unsere Arbeit das Potenzial des nanophotonischen Lichteinfangs für die Verbesserung der Effizienz von Silizium-basierten Mehrfachsolarzellen und ebnet den Weg für effizientere und nachhaltigere Solarenergietechnologien“, heißt es in der Erklärung des Forscherteams.
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Na klasse – da ist noch Luft nach oben und die Solarenergie wird immer besser. Dieser Artikel vom 24.09.2023 aus dem Spiegel berichtet ähnliches:
https://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/erneuerbare-energien-in-deutschland-lauter-erfreuliche-ueberraschungen-a-70f87ca3-afb2-4a1e-a95f-1e7ba059d557
Weiter forschen und umsetzen 🙂
Genau das. Die Entwicklung der Wärmekraftmaschine ist nahe ans Maximum gekommen oder hat es bereits erreicht.
Im historischen Vergleich, läuft sich EE gerade einmal locker warm.
Die zu erwartenden Dynamiken sind einer der Hauptgründe, warum ich immer wieder extrem positiv in die Zukunft blicke und warum ich immer auf die zeitliche Dynamik hinweise, wenn mir jemand mit ROI-Kalkulationen in diesem Zusammenhang kommt.
Alleine in den letzten 5 Jahren ist die Effizienz der PV-Module der Massenproduktion um 10 bis 15% gestiegen. In diesem Bereich ist das enorm. Was, wenn es in 10 Jahren noch einmal 30 oder gar 50% sind? Dann sehen die Projektionen auf einmal ganz anders aus. Vor allem, wenn gleichzeitig das Klima um weitere 0,5% wärmer wurde, in Deutschland dann um weitere ca. 1°C. Und die Berechnungen waren defensiv. Die Temperaturen steigen bisher deutlich schneller.
Was wir in 20 Jahren an Maschinen und Systemen als Standard einfach so vermutlich völlig gedankenlos benutzen werden, kommt uns heute wie eine Utopie aus Star-Trek vor. Man kann es sich vllt. nicht einmal vorstellen, weil es uns zu verrückt und unwahrscheinlich vorkommt. Die Wahrscheinlichkeit ist dabei sogar hoch, dass es keine 20 Jahre dauern wird.
Man denke sich einmal 20 Jahre zurück unter dem Stichwort „Internet“ und „Telefon“.