Neuer europäischer Rekordwirkungsgrad für Solarzellen am Fraunhofer ISE: knapp 40 %

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Forscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Freiburg) haben ihren erst kürzlich erreichten europäischen Rekordwirkungsgrad von 37,6 % für eine Mehrfach-Solarzelle noch einmal gesteigert und erreichten nun 39,7 %. Die Stapel-Solarzellen aus so genannten III-V Halbleitern werden in der Photovoltaik-Konzentratortechnologie für Solarstrom-Kraftwerke eingesetzt. „Wir haben die Kontaktstrukturen unserer Solarzellen noch einmal optimiert. Dadurch erreichen wir mit den gleichen Halbleiterstrukturen nun eine noch höhere Umwandlungseffizienz von Sonnenlicht in elektrischen Strom“, so Dr. Frank Dimroth, Leiter der Arbeitsgruppe ‚III-V Epitaxie und Solarzellen‘ am Fraunhofer ISE. Für die Anwendung in Photovoltaik-Konzentratorsystemen müssen die Mehrfachzellen bei 300 bis 600 Sonnen (d.h. bei 300 bis 600-facher Konzentration des Sonnenlichts) ihre optimale Leistung erbringen. Hierfür haben die Wissenschaftler am Fraunhofer ISE ihre Zellen weiter optimiert. Wurden bislang maximale Effizienzen bei 1.700-facher Konzentration erzielt, so sind es jetzt bei den neuen Zellen nur noch knapp 300 Sonnen.

Struktur des Metall-Netzwerks auf der Vorderseite der Solarzelle ist entscheidend
Der wesentliche Unterschied liegt in der Metallisierung der Vorderseiten. Hier leitet ein Netzwerk aus dünnen Metalladern (siehe Abb.) den Strom von der Mitte der Solarzelle bis hin zum Rand, wo er dann von einem 50 Mikrometer (μm) „dicken“ Golddraht abgegriffen wird. Gerade unter konzentriertem Sonnenlicht ist die Struktur dieses Metall-Netzwerks entscheidend. Zum Einen müssen die Metalladern groß genug sein, um die hohen Ströme unter konzentriertem Licht mit geringem Widerstand zu transportieren. Zum Anderen müssen sie möglichst klein sein, da das Sonnenlicht das Metall nicht durchdringen kann, sonst ist die metallisierte Fläche für die Umwandlung in der Solarzelle verloren.

Konzentratormodule für wettbewerbsfähige Photovoltaik
Am Fraunhofer ISE wurde seit zwei Jahren an einem neuen Programm zur theoretischen Berechnung der optimalen Kontaktstruktur gearbeitet. Auf der Basis dieser Arbeiten, die durch das EU Projekt „Fullspectrum“ gefördert wurden, entstanden die jüngsten Rekord-Solarzellen, die sich speziell für den Einsatz unter inhomogener Beleuchtung eignen, wie sie bei der Konzentration des Sonnenlichts vorliegt. Diese Solarzellen werden unter anderem in den Konzentratormodulen des Typs „FLATCON“ am Fraunhofer ISE und beim Spin off Concentrix Solar GmbH eingesetzt. „Wir sind sehr froh, dass wir in so kurzer Zeit einen weiteren entscheidenden Schritt voran gekommen sind“, sagt Dr. Andreas Bett, Abteilungsleiter am Fraunhofer ISE. „Höchste Umwandlungseffizienzen helfen die junge Technologie der konzentrierenden Photovoltaik wettbewerbsfähig zu machen und in Zukunft die Kosten für Strom aus Sonnenlicht weiter zu senken“.

Mehrfachsolarzellen für konzentrierende PV-Systeme und den Einsatz im Weltraum
Die Forscher am Fraunhofer ISE entwickeln seit mehr als zehn Jahren Mehrfachsolarzellen mit höchsten Wirkungsgraden. Ein Fokus liegt dabei auf sogenannten metamorphen (gitterfehlangepassten) Dreifachsolarzellen aus Ga0.35In0.65P, Ga0.83In0.17As und Ge, welche ein besonders hohes theoretisches Wirkungsgradpotenzial haben. Die Solarzellenstrukturen bestehen aus mehr als 30 Einzellschichten, welche mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) auf einem Germanium-Substrat abgeschieden werden. Solche Mehrfachsolarzellen aus III-V Halbleitern erreichen heute weltweit mit Abstand die höchsten Umwandlungseffizienzen, werden aber aufgrund der hohen Material- und Herstellungskosten nur in konzentrierenden PV-Systemen und im Weltraum eingesetzt.

23.09.2008 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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