Effektivitätssprung in der Fotovoltaik 25.09.2013, 12:30 Uhr

Solarzellen-Weltrekord in Freiburg

Eine neue Solarzelle wandelt fast 45 Prozent der Energie des Sonnenlichts in Strom um. Im Visier haben die Forscher aus Deutschland und Frankreich 50 Prozent.

Mini-Kraftpaket: Die neue Weltrekordsolarzelle mit 44,7 Prozent Wirkungsgrad besteht aus vier Teilsolarzellen auf Basis von III-V Halbleiter. 

Mini-Kraftpaket: Die neue Weltrekordsolarzelle mit 44,7 Prozent Wirkungsgrad besteht aus vier Teilsolarzellen auf Basis von III-V Halbleiter. 

Foto: Fraunhofer ISE

Die Kuppe eines Fingers wirkt riesig, wenn eine neuartige Solarzelle draufliegt. Trotz ihrer Winzigkeit besteht diese in Wirklichkeit aus vier Zellen, die unterschiedliche Frequenzen des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Dazu hält sie noch einen Rekord. Sie hat einen Wirkungsgrad von 44,7 Prozent. Damit übertrifft sie die Konkurrenz in aller Welt – und auch den eigenen Rekord der Fotovoltaikspezialisten in Freiburg. Erst im Mai hatten sie 43,6 Prozent erreicht, 50 Prozent sollen es letztlich werden.

Die Solarzelle besteht aus III-V-Halbleitern, die so genannt werden, weil sie aus der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems stammen. Gallium ist so ein Material, Arsen, Indium und Phosphor ebenfalls. Diese Materialien und ihre Kombinationen zeichnen sich durch zwei Besonderheiten aus: Ihre Elektronen lassen sich durch Licht viel leichter mobilisieren als die in Silizium, aus dem gängige Zellen hergestellt werden. Das bedeutet einen höheren Stromfluss. Und sie sind viel teurer. Deshalb wurden sie ursprünglich nur in der Raumfahrt genutzt, einem Technologiebereich, in dem Effektivität weitaus wichtiger ist als Materialkosten.

Zu konkurrenzfähigen Stromerzeugern auf der Erde werden sie, wenn Fresnell-Linsen das Sonnenlicht konzentriert auf die winzigen Zellen werfen, in diesem Fall war es das 297-Fache. Weil der Wirkungsgrad mehr als doppelt so groß ist wie bei Siliziumzellen benötigt ein Kraftwerk bei gleicher Leistung nur halb so viel Platz. Allerdings müssen die Zellen mit Hilfe von Elektromotoren stets exakt zur Sonne hin ausgerichtet werden. Und sie funktionieren nur, wenn der Himmel blau ist. Selbst Schleierwolken stoppen die Stromproduktion.

Soitec-Kraftwerke in 18 Ländern

Soitec Solar, hervorgegangen aus dem Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), hat die Zellen mit ISE-Hilfe entwickelt. Außerdem waren Wissenschaftler der Großforschungseinrichtung CEA-Leti in Grenoble und des Helmholtz-Zentrums für Materialien und Energie in Berlin beteiligt. Soitec Solar ist in Freiburg angesiedelt und gehört zum französischen High-Tech-Konzern Soitec. Der lieferte spezielles Know-how zu, das so genannte Wafer-Bonden. Dabei werden hauchdünne Scheiben aus unterschiedlichen Materialien, die zudem mit fotoelektrisch aktivem Material beschichtet sind, miteinander verbunden, obwohl die Kristallstrukturen so unterschiedlich sind, dass es mit herkömmlichen Verfahren nicht funktioniert. Nur den Franzosen ist das bisher gelungen.

Soitec hat Konzentrator-Fotovoltaik-Kraftwerke bereits in 18 Ländern gebaut, unter anderem in Italien, Frankreich, Südafrika, und Kalifornien.

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