Fraunhofer entwickelt Rekord-Solarzelle mit 36,1% Wirkungsgrad

Ein Forscher-Team aus Deutschland und den Niederlanden hat eine neue Solarzelle entwickelt, die es auf einen neuen Wirkungsgrad-Rekord von 36,1 Prozent bringt. Um das zu schaffen, muss man die natürlichen Grenzen des Siliziums mit einem Trick überwinden.

Licht besser nutzen

Solarzellen und Solarmodule auf Siliziumbasis werden weltweit massenhaft eingesetzt und sind entsprechend billig und in Mengen zu produzieren. Aber ihr photovoltaischer Wirkungsgrad ist aufgrund verschiedener physikalischer Eigenschaften grundsätzlich auf 29,4 Prozent begrenzt.

Diese Begrenzung kann allerdings durch die Beschichtung der Solarzellen mit zusätzlichen Materialien überwunden werden - es entsteht also eine "Mehrfachsolarzelle". Bei einem solchen Design werden im Grunde mehrere Lichtabsorptionsschichten übereinander gestapelt, sodass jeder Layer einen bestimmten Teil des Farbspektrums des Sonnenlichts absorbiert und in elektrische Energie umwandelt. Dieses Mehrschichtkonzept kann den Wirkungsgrad der Zelle noch einmal ein gutes Stück steigern. Die neue Solarzelle Das Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Solarenergieforschung ISE und des NWO-Instituts AMOLF entwickelten in der zurückliegenden Zeit ein neues Zelldesign mit zwei Halbleiterschichten aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP).

Teurer in der Herstellung

Der Schichtstapel wird dann mit einer speziell entwickelten Metall/Polymer-Nanobeschichtung überzogen. Dieser Rückreflektor verbessert den Lichteinfang im Inneren der Solarzelle, wodurch der Wirkungsgrad erstmals über 36 Prozent gesteigert werden konnte.

Die neuen Ultrahocheffizienz-Solarzellen sind in der Herstellung teurer als herkömmliche Silizium-Solarzellen, die in der Praxis Wirkungsgrade von bis zu 27 Prozent erreichen. Der sehr hohe Wirkungsgrad der Mehrfachsolarzelle ist jedoch ein großer Vorteil für Anwendungen, bei denen der verfügbare Platz begrenzt ist, wie beispielsweise in solarbetriebenen Elektroautos, Konsumgütern und Drohnen. Das neue Lichtmanagementkonzept ist auch auf andere Arten von Solarzellen anwendbar, wie z. B. Silizium-Perowskit-Multijunction-Solarzellen, die sich dadurch ebenfalls verbessern lassen.

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