Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE erzielte gemeinsam mit Soitec, CEA-Leti und dem Helmholtz Zentrum Berlin einen neuen Weltrekord für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom.

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. Ein bedeutender Schritt hin zu einer weiteren Kostensenkung für Solarstrom und auf dem Weg zur 50 Prozent Solarzelle.

Dies bedeutet, dass 44,7 Prozent der gesamten Energie im Sonnenspektrum, vom ultravioletten Licht bis hin zu langwelliger Wärmestrahlung, in elektrische Energie umgewandelt wird. Ein bedeutender Schritt hin zu einer weiteren Kostensenkung für Solarstrom und auf dem Weg zur 50 Prozent Solarzelle.

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-Photovoltaik (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 sogenannten III-V Mehrfachsolarzellen durchgesetzt, um höchste Wirkungsgrade bei der Umwandlung des Sonnenlichts in Strom zu realisieren. Bei Mehrfachsolarzellen werden mehrere Zellen aus unterschiedlichen III-V-Halbleitermaterialien übereinander gestapelt. Die einzelnen Teilsolarzellen absorbieren unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts.

»Wir sind überglücklich und stolz auf unser Team, das seit drei Jahren an dieser Vierfachsolarzelle arbeitet«, sagt Dr. Frank Dimroth – Abteilungs- und Projektleiter für das Entwicklungsvorhaben am Fraunhofer ISE. »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. Mit diesem Verfahren verbinden wir zwei Halbleiterkristalle miteinander, die aufgrund unterschiedlicher Kristallgitter nicht aufeinander passen. So können wir die optimale Halbleiterkombination für höchsteffiziente Solarzellen herstellen.«

»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. Wir sind sehr stolz auf dieses Ergebnis, ein Beweis für eine erfolgreiche Kooperation«

»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. Wir sind sehr stolz auf dieses neue Ergebnis, das den eingeschlagenen Weg der Entwicklung zukunftsweisender Prozesstechnologie für Solarzellen aus III-V Verbindungshalbleitern bestätigt«, so Leti-Geschäftsführer Laurent Malier.

Konzentratormodule werden von der Firma Soitec (gestartet in 2005 unter dem Namen Concentrix Solar als Ausgründung des Fraunhofer ISE) produziert. Diese besonders effiziente Technologie wird in solaren Kraftwerken in sonnenreichen Gebieten der Erde mit hoher Direktstrahlung eingesetzt. Soitec hat Konzentratorphotovoltaik-Kraftwerke in 18 Ländern gebaut, u.a. in Italien, Frankreich, Südafrika, und Kalifornien.