Strom aus gebündeltem Licht 24.05.2013, 11:58 Uhr

Weltrekord in der Fotovoltaik: Wirkungsgrad von 43,6 Prozent erreicht

Forschern ist es gelungen, aus Werkstoffen, die sich eigentlich nicht miteinander vertragen, hoch effektive Solarzellen herzustellen.

Solarzellenwafer mit Vierfach-Konzentratorsolarzellen und Teststrukturen.

Solarzellenwafer mit Vierfach-Konzentratorsolarzellen und Teststrukturen.

Foto: Fraunhofer ISE

Solarzellen der Zukunft sollen einen Wirkungsgrad von 50 Prozent erreichen. Das ist das erklärte Ziel von Forschern in Freiburg. Mit 43,6 Prozent haben sie jetzt ein Etappenziel erreicht. Bisheriger Weltrekordhalter war der Heilbronner Spezialist Azur Space Solar Power mit 43,3 Prozent. In beiden Fällen handelt es sich um Konzentrator-Solarzellen. Fresnelllinsen bündeln das Sonnenlicht bis zu 500-fach und leiten es auf die fingernagelgroßen Zellen. Das funktioniert nur in Regionen, in denen der Lichteinfall völlig ungetrübt ist. Selbst leichte Schleierwolken lassen den Wirkungsgrad gegen Null sinken.

Vierfach-Solarzelle produziert

Die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg haben das Kunststück mit einer Vierfach-Solarzelle geschafft. Dazu ist eine besondere Produktionstechnik nötig. Die Schichten, in denen das Sonnenlicht Elektronen aktiviert, sodass sie sich zu einem elektrischen Strom formieren, werden auf zwei Wafern, hauchdünnen Unterlagen, abgeschieden. Die dazu genutzten Materialien stammen alle aus den Gruppen III und V des Periodensystems der Elemente. Dazu zählen unter anderem Aluminium, Gallium und Yttrium sowie Phosphor, Arsen und Niob. Dann werden die beiden Wafer aufeinandergepresst, sodass sie eine feste Verbindung eingehen. Wafer Bonding nennen das die Fachleute. „Wir kombinieren Kristalle miteinander, die eigentlich nicht zueinander passen und mit herkömmlichen Verfahren nicht mit hoher Qualität direkt aufeinander abgeschieden werden können”, sagt Frank Dimroth, Experte für III-V-Epitaxie und Solarzellen am ISE . Epitaxie ist ein Abscheideverfahren, bei dem hauchdünnen Schichten auf einer Unterlage hergestellt werden.

Es geht noch mehr

Die Bonding-Technik steuert die einstige Concentrix Solar bei, die aus dem ISE hervorgegangen ist und 2009 von der französischen Soitec übernommen wurde. Wichtig ist dabei die Erhaltung der optischen Transparenz, damit das Sonnenlicht alle Schichten erreicht, in denen Elektronen entstehen können. Die ISE-Forscher waren für den Aufbau der Zellen verantwortlich. Sie schieden mehr als 30 Schichten aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien übereinander ab. Dabei galt es, sicherzustellen, dass jede Schicht sich optimal mit der darunter liegenden verband. An der Produktionstechnik lässt sich noch einiges verbessern, glauben die ISE-Forscher, sodass der Wirkungsgrad weiter steigen kann. Das hat hohe wirtschaftliche Bedeutung. Je effektiver Zellen Licht in Strom umwandeln, desto geringer ist der Flächenverbrauch.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

Themen im Artikel

Stellenangebote im Bereich Energie & Umwelt

Infraserv GmbH & Co. Höchst KG-Firmenlogo
Infraserv GmbH & Co. Höchst KG Ingenieur / Betriebsassistent Fachrichtung Verfahrens-/Energie-/Umwelttechnik / Maschinenbau (m/w/d) Frankfurt am Main
TÜV NORD EnSys GmbH & Co. KG-Firmenlogo
TÜV NORD EnSys GmbH & Co. KG Sachverständiger*Sachverständige zur Qualifizierung leittechnischer Komponenten im Bereich Energieinfrastruktursysteme Hannover, Hamburg
TÜV NORD EnSys GmbH & Co. KG-Firmenlogo
TÜV NORD EnSys GmbH & Co. KG Sachverständiger*Sachverständige für Elektro- oder Leittechnik im Bereich Energieinfrastruktursysteme Hannover, Hamburg
ENERTRAG Aktiengesellschaft-Firmenlogo
ENERTRAG Aktiengesellschaft Landschaftsplaner* (Projektplaner*) für Umwelt- und Bauleitplanung (m/w/d) Dauerthal, Rostock
Stadtwerke Potsdam GmbH-Firmenlogo
Stadtwerke Potsdam GmbH Projektleiter Quartierslösung (m/w/d) Potsdam
Münchner Stadtentwässerung-Firmenlogo
Münchner Stadtentwässerung Umweltingenieur*in (w/m/d) München
WESSLING GmbH-Firmenlogo
WESSLING GmbH Abteilungsleiter (m/w/d) im Bereich Gebäudeschadstoffe und Rückbau Neuried
Sharp Electronics GmbH-Firmenlogo
Sharp Electronics GmbH Manager (m/w/d) Projektentwicklung Solar Hamburg
Hitzler Ingenieure-Firmenlogo
Hitzler Ingenieure (Junior) Ingenieur Projektsteuerung u. Projektmanagement Bau (m/w/d) Nürnberg
Enercon GmbH-Firmenlogo
Enercon GmbH Department Head (m/f/d) Configuration Management Aurich near Emden

Alle Energie & Umwelt Jobs

Top 5 Energie

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.