Gemessen hat man den Rekordwirkungsgrad unter dem terrestrischen AM1.5g Spektrum. Und es ist nicht nur der hohe Wirkungsgrad, der diese Solarzelle auszeichnet. Sie zeigt gleichzeitig, welches Potenzial in der Tandem-Photovoltaik aufbauend auf Silizium steckt.

In der neuen Rekordzelle sind alle Schichten aus III-V-Halbleitern direkt mit der Silizium-Unterzelle auf atomare Ebene verbunden. Sie gleicht von außen gesehen einer herkömmlichen Solarzelle mit zwei Kontakten. Mit dieser Bauweise erreicht die Zelle denselben Wirkungsgrad wie die beste mechanisch gestapelte Struktur mit vier Kontakten, die 2017 von NREL, CSEM und EPFL gemeinsam publiziert wurde. „Ein wesentlicher Schritt, mit dem wir die Verbesserung erreicht haben, ist der Einsatz eines neuen Verbindungshalbleiters (GaInAsP) in der Mittelzelle“, sagt Patrick Schygulla. Er ist Doktorand in der Abteilung III-V Photovoltaik und Konzentratortechnologie am Fraunhofer ISE. „Durch das neue Material konnten wir die Lebensdauer der Ladungsträger noch einmal weiter verbessern. Und damit eine höhere Spannung der Zellen erreichen. Es ist toll zu sehen, dass unsere Materialentwicklung nun auch in den III-V//Si-Dreifachsolarzellen erfolgreich war.“

Solarzelle für elektrisch betriebene Flugzeuge und Drohnen

Die III-V//Si-Tandemzellen sind zunächst für Anwendungen gedacht, bei denen eine hohe Leistung pro Fläche besonders vorteilhaft ist. Das sind zum Beispiel elektrisch betriebene Flugzeuge und Drohnen. Die Produktionskosten der Zellen liegen heute noch deutlich über jenen klassischer Silizium-Einfachsolarzellen. Dies liegt an der aufwändigen Epitaxie der III-V Schichten und den vielen zusätzlichen Halbleiterprozessen, die bei der Herstellung der Zellen notwendig sind. Die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer ISE arbeiten intensiv daran, die Herstellung in Zukunft kostengünstiger zu machen. Damit diese Tandem-Photovoltaik auch für den terrestrischen Photovoltaik-Markt konkurrenzfähig ist.

„III-V-Halbleitermaterialien auf Silizium ist einer unserer Ansätze, um über Tandem-Strukturen – also die Verbindung unterschiedlicher leistungsstarker Materialien – zu noch höheren Solarzellen-Wirkungsgraden zu kommen«, sagt Institutsleiter Andreas Bett. „Es wird zwar noch ein paar Jahre dauern, bis Module aus der hier gezeigten Solarzelle auf dem Markt verfügbar sind, aber mit Blick auf den notwendigen Ausbau der Photovoltaik für eine nachhaltige Energieversorgung ist dies ein wichtiger zukunftsweisender Pfad.“

Erst kürzlich berichtete das Institut von einem Rekord bei Siliziumzellen.

23.4.2021 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH