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 »ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern
18.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Intelligentes Lademanagement entwickelt – Forschungsprojekt ePlanB abgeschlossen
18.10.2017 | Forschungsstelle für Energiewirtschaft 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: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik