Dr. Markus Feifel entwickelte im Rahmen seiner Promotion am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE eine komplexe und sehr leistungsfähige Solarzelle mit III-V Halbleitermaterialien im Tandem mit Silicium. Sie konnte bereits mehrere Wirkungsgradrekorde aufstellen. Für die Ergebnisse seiner Forschung wurde er nun mit dem ersten Platz des Hugo-Geiger-Preis 2021 ausgezeichnet.
Der Wirkungsgrad von Silicium-Solarzellen ist physikalisch auf maximal 29 Prozent begrenzt. Solarzellen aus III-V Halbleitermaterialien (chemischen Hauptgruppe III wie Gallium, Indium und V wie Arsen und Phosphor) erreichen bereits Wirkungsgrade von bis zu 39,2 Prozent und sind damit prädestiniert für den Einsatz auf kleinen Flächen. Für die Nutzung in Flachmodulen sind die Kosten allerdings noch zu hoch. Die Technik wird daher aktuell fast ausschließlich in der Raumfahrt eingesetzt. Durch das Aufbringen gängiger III-V Halbleiter auf eine Basis aus günstigem Silicium könnten beide Technologien kosteneffizient vereint werden.
Dr. Markus Feifel entwickelte in seiner Promotion »Hocheffiziente III-V-Mehrfachsolarzellen auf Silicium« am Fraunhofer ISE mit diesem Ansatz eine komplexe und sehr leistungsfähige Solarzellenstruktur. »Wichtig war dabei vor allem, an der Grenzfläche zwischen Silicium und der aufgebrachten Verbindungshalbleiterschicht eine geringe Kristalldefektdichte zu erreichen, um Leistungsverluste zu minimieren«, sagt Feifel über sein Forschungsvorhaben. Hier gelang Dr. Feifel durch eine Weiterentwicklung der Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI) Methode zur Fehlererkennung und -analyse sowie durch eine entsprechende Anpassung der Kristall-Wachstumsbedingungen ein echter Durchbruch. 2020 verzeichnete das Fraunhofer ISE mit 25,9 Prozent Wirkungsgrad einen neuen Rekordwert für eine direkt auf Silicium gewachsene III-V/Si Tandemsolarzelle.
Mit dem Hugo-Geiger-Preis zeichnet das Bayerische Wirtschaftsministerium jedes Jahr drei hervorragende Promotionsarbeiten aus. Kriterien der Beurteilung sind: wissenschaftliche Qualität, wirtschaftliche Relevanz, Neuartigkeit und Interdisziplinarität der Ansätze.
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