photovoltaik Ausgabe: 08-2014

Fraunhofer ISE

Inhaltsübersicht

  1. Gebündelte Kraft
  2. CPV-Entwicklung
  3. Fraunhofer ISE
  4. Soitec/Exosun

Ohne Mehrfachsolarzellen geht es nicht

Sogenannte Mehrfachsolarzellen sind ein Knackpunkt für die weiteren Wirkungsgradsteigerungen der CPV. „Der Vorteil der Mehrfachsolarzellentechnologie: Hier gibt es ein wesentlich höheres Wirkungsgradpotenzial zu heben als bei herkömmlichen Einfachsolarzellen“, erklärt Andreas Bett, Geschäftsfeldleiter für konzentrierende Photovoltaik am Fraunhofer ISE. „Bei Einfachsolarzellen gibt es ein physikalisches Limit, das bei etwa 33 Prozent liegt, unter konzentriertem Licht ist es etwas höher und liegt bei circa 40 Prozent.“ Stapelt man aber verschiedene Zellen übereinander, so kann das Sonnenlicht je nach Farbe des Lichtes in elektrische Energie umgewandelt werden.

So wird zunächst das blaue Licht in einer Teilsolarzelle, dann das gelbe und das rote Licht in weiteren Teilsolarzellen gewandelt. Dadurch lassen sich höhere Wandlungswirkungsgrade des Sonnenlichts erzielen. „Man kann eine ganz generelle absolute theoretische Obergrenze von 86 Prozent angeben“, weiß Bett. „Für Mehrfachsolarzellen mit sechs pn-Übergängen und unter konzentriertem Licht werden im theoretischen Limit etwa 68 Prozent errechnet. Wir erwarten, dass 70 bis 80 Prozent dieses Wertes in der Praxis erreicht werden können. Unser naheliegendes Ziel ist, mit Mehrfachsolarzellen die 50-Prozent-Marke zu erreichen. Wir sind sehr optimistisch, dass die wirklich realisierbar ist.“

Die Freiburger Forscher haben erst kürzlich Vierfach-Stapelzellen von Soitec zu einem Modul zusammengeschaltet. Damit erreichten sie einen Modulwirkungsgrad von 36,7 Prozent bei einer 500-fachen Konzentration des Sonnenlichts. Um der dabei entstehenden hohen Temperatur Herr zu werden, sind die Zellen auf ein Kupfersubstrat aufgebracht. „Dieses verteilt die Wärme wieder auf die gleiche Fläche, auf der das Licht eingefangen wird“, erklärt Bett. „Da die Zellen relativ klein sind, funktioniert diese passive Kühlung, weil die Wärme auf die gesamte Fläche sehr gut verteilt werden kann.“

Die im Fraunhofer ISE verwendeten Solarzellen hatten dabei eine Effizienz von immerhin 44,7 Prozent. Diese erreichten sie schon bei 297-facher Konzentration des Sonnenlichts. „Die neuen Rekordzellen bestehen aus Gallium-Indium-Phosphid, Gallium-Arsenid, Gallium-Indium-Arsenid und Indium-Phosphid“, weiß Andreas Bett. „Das sind alles sogenannte Verbindungshalbleiter aus der III. und V. Gruppe des Periodensystems. Im Gegensatz zum Elementhalbleiter Silizium werden hier eben mindestens zwei oder auch mehr Atome benötigt, um das Halbleitermaterial zu erhalten. Im Basishalbleitermaterial werden dann auch pn-Übergänge gefertigt wie bei den herkömmlichen Siliziumsolarzellen.“

Die Schwierigkeit besteht in der Verbindung der verschiedenen Halbleitermaterialien. Denn die einzelnen Halbleiterkristalle, die eigentlich von ihrer Gitterstruktur her nicht zueinander passen, können auf herkömmliche Weise nicht aufeinander abgeschieden werden. Das schafft Soitec mit dem sogenannten Wafer-Bonding-Verfahren, das sie zusammen mit dem französischen Forschungsinstitut für Atomenergie und Alternative Energien (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives – CEA) entwickelt haben. Dabei werden die Halbleiterkristalle mit unterschiedlicher Gitterkonstante so verpresst, dass sich an der Grenzfläche atomare Bindungen ausbilden.

http://www.ise.fraunhofer.de

Fotos: Isofoton, Solfocus

  • zurück
  • Druckansicht
  • Versenden

Weitere Artikel zum Thema

Aktuelles Heft

Die aktuelle Ausgabe

PV 12-2019

Zum Inhalt >

Abonnenten können die komplette Ausgabe in unserem Heftarchiv online lesen.

Jetzt abonnieren

Einzelheftbestellung

Aktuelle Einstrahlung

Klicken Sie hier, um Strahlungskarten als PDF downzuloaden oder in einer interaktiven Karte für einen konkreten Standort abzurufen.

Einstrahlung Ausschnitt

Frage der Woche

Wie lange muss ein Kunde bei Ihnen derzeit auf die Realisierung eines Auftrags warten?

Abstimmen
Termine

Aktuelle Seminartermine