Weltrekord-Solarzelle mit fast 45 Prozent Wirkungsgrad
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.
08.10.2013
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.
Über Fraunhofer ISE
Mit rund 1300 Mitarbeitern ist das in
Freiburg angesiedelte Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
das größte europäische Solarforschungsinstitut. Das Fraunhofer ISE setzt
sich für ein nachhaltiges, wirtschaftliches, sicheres und sozial
gerechtes Energieversorgungssystem ein. Es schafft technische
Voraussetzungen für eine effiziente und umweltfreundliche
Energieversorgung, sowohl in Industrie- als auch in Schwellen- und
Entwicklungsländern. Hierzu entwickelt das Institut Materialien,
Komponenten, Systeme und Verfahren in insgesamt acht Geschäftsfeldern:
Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik, Angewandte Optik und
funktionale Oberflächen; Solarthermie; Silicium-Photovoltaik;
Photovoltaische Module und Systeme; Alternative
Photovoltaik-Technologien; Regenerative Stromversorgung;
Wasserstofftechnologie. Das Institut verfügt über mehrere akkreditierte
Testzentren. Weitere Informationen: www.ise.fraunhofer.de
Über SOITEC
Soitec ist ein internationaler Marktführer in
der Entwicklung und Herstellung neuartiger Materialien für die
Halbleiterindustrie und ein Vorreiter im Bereich Energie und Elektronik.
Soitec stellt unter anderem Substrate für die Mikroelektronik, wie etwa
SOI (Silicon-on-Insulator), und Konzentrator-Photovoltaik-Systeme her.
Soitecs Schlüsseltechnologien sind Smart Cut, Smart Stacking und
Concentrix. Außerdem verfügt das Unternehmen über besondere Expertise
im Bereich Epitaxie. Diese Produkte finden Anwendung in der
Verbraucherelektronik, mobilen Geräten, Mikroelektronik,
Telekommunikation sowie in der Automobilelektronik, in der Beleuchtung
und in Solarkraftwerken. Soitec verfügt über Produktionsanlagen und
Forschungszentren in Frankreich, Singapur, Deutschland und den
Vereinigten Staaten. Weitere Informationen: www.soitec.com.
Über CEA-Leti
Leti ist ein Institut des CEA, einer
französischen Forschungs- und Technologieorganisation mit Aktivitäten im
Bereich Energie, IT, Gesundheitswesen, Verteidigung und Sicherheit. Der
Schwerpunkt des Instituts liegt auf Innovationen und
Technologietransfer an die Industrie. Leti ist spezialisiert auf
Nanotechnologien und deren Anwendung, von drahtloser Kommunikation über
Biologie und Gesundheitswesen bis zur Photonik. NEMS und MEMS stehen im
Mittelpunkt der Arbeit. Als zentrale Einrichtung auf dem MINATEC Campus
verfügt CEA-Leti über 8000 m² modernster Reinraumfläche für 200mm und
300mm Wafer. Das Institut beschäftigt 1700 Wissenschaftler und
Ingenieure, einschließlich 320 Doktoranden und 200 Mitarbeitern aus
Partnerfirmen. CEA-Leti verfügt über mehr als 2200 Patentfamilien.
Weitere Informationen: www.leti.fr
Über das Helmholtz Zentrum Berlin (HZB)
Ein Teil der
Zellen-Technologie wurde am Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) in der
Arbeitsgruppe um Prof. Thomas Hannappel, heute TU Ilmenau, entwickelt.
Das HZB besitzt große Expertise im Bereich der Dünnschicht-Photovoltaik,
Solaren Brennstoffe sowie in der materialwissenschaftlichen
Grundlagenforschung mit Energiebezug. Das HZB betreibt dafür die
Neutronenquelle BER II und die Synchrotronquelle BESSY II, die auch von
jährlich rund 3000 Gästen genutzt werden. Aktuell entsteht an BESSY II
das „Energy Materials In-Situ Laboratory (EMIL), das ab 2015
einzigartige Möglichkeiten bietet, um Solarzellen der nächsten und
übernächsten Generation zu entwickeln. Um den Technologietransfer im
Bereich der Photovoltaik zu beschleunigen, gründete das HZB gemeinsam
mit Partnern das PVcomB. Weitere Informationen: www.helmholtz-berlin.de