Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltrekord: 41,1% Wirkungsgrad für Mehrfachsolarzellen am Fraunhofer ISE

15.01.2009
Forscher am Fraunhofer-Institut für Solar Energiesysteme ISE haben für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom erstmals einen Wirkungsgrad von 41,1% erzielt. Hierzu wurde das Sonnenlicht 454-fach auf eine 5 mm2 kleine, sogenannte Mehrfachsolarzelle aus den III-V-Halbleitern GaInP/GaInAs/Ge (Gallium-Indium-Phosphid/Gallium-Indium-Arsenid/Germanium) konzentriert.

"Wir sind mehr als glücklich über diesen Durchbruch", sagt Dr. Frank Dimroth, Leiter der Arbeitsgruppe III-V-Epitaxie und Solarzellen am Fraunhofer ISE. "Das ganze Team hat zu jeder Zeit an unser Konzept der metamorphen Dreifach-Solarzelle geglaubt und den Erfolg durch seine langjährige engagierte Arbeit ermöglicht".

Am Fraunhofer ISE werden seit 1999 so genannte metamorphe Mehrfachsolarzellen, eine spezielle Art der Solarzellen aus III-V-Halbleiterkombinationen, entwickelt. Es handelt sich dabei um Zellen aus Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As auf GaAs- oder Ge-Substraten. Diese Materialien sind besonders optimal für die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom geeignet, sie lassen sich aber nur mit Hilfe eines Tricks - des metamorphen Wachstums - miteinander kombinieren. Der Grund ist, dass im Gegensatz zu herkömmlichen Mehrfachsolarzellen ihre Struktur so beschaffen ist, dass die Halbleiter nicht denselben Abstand der Atome im Kristall, die sogenannte Gitterkonstante, besitzen. Dies erschwert das Wachstum von III-V Halbleiterschichten mit hoher Kristallqualität, da sich an den Übergängen von Materialien mit unterschiedlicher Gitterkonstante Spannung bildet, die zur Ausbildung von Versetzungen und anderen Kristalldefekten führt.

Den Forschern am Fraunhofer ISE ist es jetzt gelungen, dieses Hindernis zu überwinden. Sie konnten die Defekte in einem Bereich der Solarzelle lokalisieren, der nicht elektrisch aktiv ist. So bleiben die aktiven Bereiche der Solarzelle weitgehend defektfrei - eine Voraussetzung für das Erreichen höchster Wirkungsgrade. Prof. Eicke R. Weber, Leiter des Fraunhofer ISE, meint dazu: "Dies ist ein besonders gutes Beispiel dafür, wie die Kontrolle von Kristalldefekten in Halbleitern zu einem Durchbruch in der Technologie führt."

Dieses metamorphe Kristallwachstum erlaubt es den Forschern nun, einen weitaus größeren Bereich an III-V Halbleiterverbindungen für das Wachstum ihrer Mehrfachsolarzellen zu nutzen. Bei diesen höchsteffizienten Strukturen ist es entscheidend, das Sonnenspektrum durch eine geeignete Wahl der das Sonnenlicht absorbierenden Materialien in drei gleich große Spektralbereiche aufzuteilen. So generieren alle Teilzellen den gleichen Strom. Dies ist ein wichtiges Argument für eine seriell verschaltete Solarzelle, in der der Strom des Bauelements letztlich immer durch den kleinsten Strom einer Teilzelle limitiert wird. Durch die Wahl der metamorphen Ga0.35In0.65P/ Ga0.83In0.17As/Ge Materialien konnte erstmals eine Solarzellenstruktur gewählt werden, welche unter dem terrestrischen Sonnenspektrum exakt stromangepasst ist. Dies macht die Struktur für die solare Energieumwandlung so effizient - ein wichtiger Grund für das Erreichen der hohen Wirkungsgrade. Bei 454-facher Sonnenlichtkonzentration erreichten die Freiburger Forscher den Weltrekord von 41,1% Wirkungsgrad. Selbst bei noch höherer, 880-facher Sonnenkonzentration konnten sie immer noch eine Effizienz von 40,4 % messen.

Die hocheffizienten Mehrfachsolarzellen finden ihren Einsatz in photovoltaischen Konzentratorsystemen für Solarkraftwerke in Ländern mit viel direktem Sonnenlicht. Das Fraunhofer ISE arbeitet zusammen mit den Firmen Azur Space in Heilbronn sowie Concentrix Solar GmbH in Freiburg, um die neue Technik so schnell wie möglich konkurrenzfähig zu machen. "Die hohen Wirkungsgrade unserer Solarzellen sind der effektivste Weg, die Stromgestehungskosten für konzentrierende Photovoltaiksysteme zu senken" so Dr. Andreas Bett, Abteilungsleiter am Fraunhofer ISE "Wir wollen erreichen, dass die Photovoltaik so schnell wie möglich mit herkömmlichen Verfahren der Stromerzeugung konkurrieren kann - hier sind wir mit unseren neuen Ergebnissen einen guten Schritt voran gekommen!"

Die Forschung an III-V Mehrfachsolarzellen für die konzentrierende Photovoltaik wurde am Fraunhofer ISE in den vergangenen 15 Jahren zunächst durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dann auch durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) finanziell unterstützt. Auch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) trug mit mehreren Doktoranden-Stipendien zum Erfolg bei.

Karin Schneider | Fraunhofer ISE
Weitere Informationen:
http://www.ise.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen