Photovoltaische Winzlinge erzielen hohe Wirkungsgrade

Die Nutzung der Photovoltaik, der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom, ist in Deutschland auf einem erfolgreichen Weg. Die Branche erlebt einen Boom mit Wachstumsraten von über 30%. Weit über 90% der heute am Markt verfügbaren Solarzellen basieren auf dem Halbleitermaterial Silicium. Mit einer Rekordmeldung macht nun eine andere Material-Option von sich reden. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat mit einer neu entwickelten Konzentrator-Solarzelle aus III-V Halbleitern einen europäischen Wirkungsgradrekord von über 35% erzielt. Der Winzling ist nur 0,031 cm² klein und besteht aus Materialien der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems.

Wirkungsgrade von über 30% sind nur durch ein Übereinanderstapeln von Solarzellen aus verschiedenen Halbleitermaterialien zu erzielen. „Bei unserer Rekord-Zelle handelt es sich um eine sogenannte monolithische Tripel- Solarzelle“, erklärt Andreas Bett, Projektleiter am Fraunhofer ISE. „Sie besteht aus Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium und wird in einem einzigen Prozess hergestellt. Durch den Einsatz von drei verschiedenen Materialien steigern wir die Effizienz, da wir auf diese Weise unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums optimal in elektrische Energie umwandeln.“ Dieser Zelltyp und insbesondere der hohe Wirkungsgrad ist speziell für den Weltraum von entscheidender Bedeutung. RWE Space Solar Power in Heilbronn fertigt bereits Tripelzellen – mit größeren Flächen – nach einem am Fraunhofer ISE entwickelten Prozess.

Für die terrestrische Anwendung, also den Einsatz zur Stromerzeugung auf der Erde, wird die Tripelzelle als Konzentrator-Solarzelle eingesetzt. Dabei wird das Sonnenlicht mittels Fresnel-Linsen auf sehr kleine runde Zellen mit einer Fläche von nur 0,031 cm² gebündelt. Die hocheffizienten Halbleiterverbindungen können so auch für die terrestrische Anwendung kostengünstig genutzt werden. So wurde die am Fraunhofer ISE entwickelte Zelle für eine 500-fache Sonnenlichtkonzentration ausgelegt. Dadurch stellt der Winzling ein wahres Kraftpaket dar.

„Wir setzen die winzigen Zellen, die nur die Größe von Leuchtdioden haben und aus ähnlichen Materialien hergestellt werden, in sogenannten FLATCONTMKonzentratormodulen ein“ so Gerhard Willeke, Abteilungsleiter Solarzellen. „Mit dieser Technologie kann man photovoltaische Systemwirkungsgrade deutlich über 25% erzielen.“ Erste Demonstratoren mit FLATCONTMKonzentratormodulen und den neuen Zellen werden zur Zeit im Rahmen eines vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderten Forschungsprojekts am Fraunhofer ISE aufgebaut und getestet. Schon in Kürze werden die FLATCONTM-Module dem Markt zur Verfügung stehen.