Photovoltaik Wirkungsgrad-Rekorde für Solarzellen von morgen

Redakteur: Andreas Leu

Die Zusammenarbeit von Forschern des CSEM, des NREL und der EPFL verbessert gleich zwei Wirkungsgrad-Weltrekorde für siliziumbasierte Solarzellen.

GaAs/SHJ-Tandem-­Zellen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 32,8 Prozent bei nicht­konzentriertem Sonnenlicht.
GaAs/SHJ-Tandem-­Zellen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 32,8 Prozent bei nicht­konzentriertem Sonnenlicht.
(Bild: CSEM)

Wer in der Photovoltaik arbeitet, sollte bestrebt sein, das Kosten-Leistungs­Verhältnis zu maximieren. Im Labor konnten bereits Wirkungsgrade von über 35 Prozent erzielt werden, jedoch nur mit Solarzellen, die ausschliesslich aus vergleichsweise teuren Halbleitermaterialien bestanden. Der heutige Photovoltaikmarkt (PV) wird stark von kosteneffizienten Modulen beherrscht, die Siliziumzellen mit nur einem Halbleiterübergang und Wirkungsgraden zwischen 17 Prozent und 22 Prozent verwenden.Wie zahlreiche andere Forschungseinrichtungen und Unternehmen in der Branche arbeiten auch das NREL, das CSEM und die EPFL an sogenannten ­«Multi-Junction»-Tandemsolarzellen, einer Technologie, bei der Siliziumsolarzellen mit einer weiteren Solarzelle verbunden werden, die den kurzwelligen (blauen) Anteil des Sonnenlichtspektrums effizienter in elektrische Energie umwandeln kann. Die Weiterentwicklung der herkömmlichen Siliziumsolarzelle mit nur einem Halbleiterübergang zu einer Tandemzelle mit mehreren Halbleiterübergängen bietet die Möglichkeit, den Wirkungsgrad auf über 30 Prozent zu erhöhen und sich dennoch weiter auf die kosteneffiziente, bewährte Herstellung von Siliziumsolarzellen verlassen zu können. Das NREL hat sich zusammen mit Schweizer Forschern zum Ziel gesetzt, solche Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 30 Prozent herzustellen. Im Januar 2016 erzielte das Forscherteam bereits einen Wirkungsgrad von 29,8 Prozent und damit seinen ersten gemeinsamen Weltrekord.

Durch eine weitere Zusammenarbeit ist es dem Team aus Wissenschaftlern des CSEM, der EPFL und des NREL gelungen, ihren eigenen Rekord zu überbieten und ihre Position als erstrangige Technologieexperten auf diesem Gebiet zu festigen. Eine Tandemsolarzelle aus einer der Sonne zugewandten GaAs-Top-Zelle des NREL, die mit einer darunterliegenden Silizium-Heterojunction-­Solarzelle des CSEM vereint wurde, erreicht einen Wirkungsgrad-Weltrekord von 32,8 Prozent. Eine Tandemsolarzelle mit drei Halbleiterübergängen aus einer GaInP/GaAs-­Top-Zelle des NREL und wiederum einer siliziumbasierten Heterojunction-Basiszelle des CSEM erzielt sogar einen Wirkungsgrad-Weltrekord von 35,9 Prozent.

Das CSEM arbeitet aktiv an siliziumbasierten Multi-Junction-Solarzellen und testet auch neue Materialien, die als Top-Zelle verwendet werden können, um damit das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Solarenergie weiter zu optimieren.

csem.ch

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