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Amerikanische Forscher wollen 50-Prozent-Marke knacken

ISE erzielt erneut Weltrekord mit Solarzelle

02.10.2013, 07:00

Zellen
Das Fraunhofer ISE stellt mit diesen Zellen einen Weltrekord auf. © ISE

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erzielte mit Mehrfachsolarzellen einen Rekord-Wirkungsgrad von 44,7 Prozent. Die Entwicklung erfolgte gemeinsam mit Soitec, CEA-Leti und dem Helmholtz-Zentrum Berlin.

Die Rekordsolarzelle basiert auf einer neuen Solarzellenstruktur mit vier Teilsolarzellen. Nach kaum mehr als drei Jahren Forschung konnte ein neuer Rekordwirkungsgrad von 44,7 Prozent bei einer 297-fachen Konzentration des Sonnenlichts gemessen werden. Dies bedeutet, dass 44,7 Prozent der gesamten Energie im Sonnenspektrum, vom ultravioletten Licht bis hin zu langwelliger Wärmestrahlung, in elektrische Energie umgewandelt wird.

Bereits im Mai 2013 hatte das deutsch-französische Team aus Fraunhofer ISE, Soitec, CEA-Leti und Helmholtz-Zentrum Berlin eine Solarzelle mit 43,6 Prozent Wirkungsgrad veröffentlicht. Daran anknüpfend führten weitere intensive Forschungsarbeit und Optimierungsschritte zum vorliegenden Weltrekord von 44,7 Prozent.

Derartige Solarzellen werden in der Konzentrator-Fotovoltaik (CPV) eingesetzt, einer Technologie, die an den sonnenreichen Standorten der Welt doppelt so hohe Wirkungsgrade wie konventionelle Solarkraftwerke ermöglicht. Aus der Weltraumtechnologie kommend, hat sich der Einsatz von so genannten III-V Mehrfachsolarzellen durchgesetzt, um höchste Wirkungsgrade bei der Umwandlung des Sonnenlichts in Strom zu realisieren.

Auch Forscher am U.S. Naval Research Laboratory (NRL) haben Anfang 2013 angekündigt, dass sie in Zusammenarbeit mit dem Imperial College London und MicroLink Devices ein neues Mehrfachsolarzellen-Design entwickeln, das eine Rekordeffizienz ermöglichen soll. Die amerikanischen Forscher wollen die 50-Prozent-Marke knacken. Konkrete Ergebnisse haben sie noch nicht vorgestellt, das Forschungsvorhaben wird über drei Jahre gefördert.

Bei Mehrfachsolarzellen werden mehrere Zellen aus unterschiedlichen III-V-Halbleitermaterialien übereinander gestapelt. Die einzelnen Teilsolarzellen absorbieren unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts. "Diese Vierfachsolarzelle enthält unser über viele Jahre angesammeltes Wissen. Neben verbessertem Material und optimierter Struktur spielt vor allem ein neues Verfahren, das Wafer-Bonden, eine zentrale Rolle", sagt Frank Dimroth, Abteilungs- und Projektleiter für das Entwicklungsvorhaben am Fraunhofer ISE. Bei diesem Verfahren haben die Forscher zwei Halbleiterkristalle miteinander verbunden, die aufgrund unterschiedlicher Kristallgitter nicht aufeinander passen. "So können wir die optimale Halbleiterkombination für höchsteffiziente Solarzellen herstellen", erklärt Dimroth weiter.

"Dieser Weltrekord, mit dem wir in weniger als vier Monaten unseren Wert um einen Prozentpunkt erhöhen konnten zeigt das ungeheure Potenzial unseres Vierfachsolarzellen-Designs, das auf der Bonding-Technik und der Erfahrung von Soitec basiert", sagt André Auberton-Hervé, Vorstandsvorsitzender und Geschäftsführer von Soitec. "Er bestätigt die Beschleunigung unserer Roadmap hin zu höheren Wirkungsgraden, ein Schlüsselfaktor für die Wettbewerbsfähigkeit unserer eigenen CPV-Systeme", so Auberton-Hervé weiter. "Dieser neue Rekordwert bestärkt uns in unserem Ansatz der Bonding-Technik, die wir im Rahmen unserer Kooperation mit Soitec und dem Fraunhofer ISE entwickelt haben", so Leti-Geschäftsführer Laurent Malier.
Quellen: Fraunhofer ISE / pgl

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