Solarthemen 518. Forscher vom US-Forschungsinstitut NREL haben die Effizienz von Solarzellen aus Gallium-Arsenid und anderen Halbleitern erheblich verbessert.
Auf dem Mars haben sie für die Energie gesorgt: Solarzellen aus Gallium-Arsenid (GaAs) und Indium-Gallium-Phosphid (InGaP). Dort gewannen sie den Strom für die Marsrover, die die NASA 2003 zum Nachbarplaneten schickte. Auf der Erde ist die Technologie dagegen kaum vorangekommen. Das könnte sich nach Ansicht des National Renewable Energy Laboratory (NREL) aus Golden in Coldorado bald ändern.
Die Forscher berichten über eine neue Technologie, um die Produktion von Solarzellen auf Basis von GaAs und anderen Nicht-Silizium-Halbleitern beschleunigen. Wie sie in einer Studie schreiben, ist das Verfahren der Hydrid-Dampfphasenepitaxie (HPVE) im Prinzip seit den 1960er Jahren bekannt. Das Problem war immer die Langsamkeit, die Halbleitermaterialien Schicht für Schicht auf ein Substrat aufzutragen.
Mit der Neuentwicklung eines Zwei-Kammer-Reaktors wurde das Tempo um ein Vielfaches erhöht. Abwechselnd wandern die Substrate zur Beschichtung von einer in die andere Kammer. Die Basisschicht der Solarzelle könne so in 23 Sekunden vollständig aufgetragen werden. Das derzeit führende GaAs-Verfahren brauche dafür mehr als acht Minuten. Der Wirkungsgrad der Zellen, die das NREL mit dem Zwei-Kammer-Verfahren hergestellt hat, beträgt 25 Prozent. Das ist nur leicht unter dem der Marsrover-Zellen mit 27 Prozent.
„Wenn wir die Kosten so senken können, wie wir es erwarten, öffnen sich viele Märkte“, sagt Aaron Ptak vom NREL und einer der Studienautoren. Und zwar überall dort, wo dünne, leichte und flexible Zellen benötigt werden wie in Elektrofahrzeugen oder Drohnen.
Auch Indium-Gallium-Phosphid (InGaP) lasse sich mit dem gleichen Verfahren deutlich schneller gewinnen, so das NREL weiter. Der Halbleiterwerkstoff wird als Passivierungsschicht in heutigen GaAs-Solarzellen eingesetzt. Perspektivisch sei an einen Einsatz als lichtabsorbierende Schicht in Mehrfachsolarzellen zu denken.
Text: Oliver Ristau
