Die Photovoltaik, die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom, boomt in Deutschland. Die Branche meldet im Moment Wachstumsraten von über 30 Prozent. Weit über 90 Prozent der heute am Markt verfügbaren Solarzellen basieren heute noch auf dem Halbleitermaterial Silicium. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE haben jetzt neue photovoltaische Winzlinge aus einem anderen Material hergestellt, die einen europäischen Wirkungsgradrekord von über 35 Prozent erzielen. Die Konzentrator-Solarzelle ist nur 0,031 Quadratzentimeter klein und besteht aus Materialien der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems.
Wirkungsgrade von über 30 Prozent sind nur durch ein Übereinanderstapeln von Solarzellen aus verschiedenen Halbleitermaterialien zu erzielen. „Bei unserer Rekord-Zelle handelt es sich um eine so genannte monolithische Tripel-Solarzelle“, erklärt Andreas Bett, Projektleiter am Fraunhofer ISE. „Sie besteht aus Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium und wird in einem einzigen Prozess hergestellt. Durch den Einsatz von drei verschiedenen Materialien steigern wir die Effizienz, da wir auf diese Weise unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums optimal in elektrische Energie umwandeln.“
Dieser Zelltyp und insbesondere der hohe Wirkungsgrad ist speziell für den Weltraum von entscheidender Bedeutung. RWE Space Solar Power in Heilbronn fertigt bereits Tripelzellen – mit größeren Flächen – nach einem am Fraunhofer ISE entwickelten Prozess.
Konzentrator-Solarzelle kurz vor der Marktreife
Für den Einsatz zur Stromerzeugung auf der Erde dagegen wird die Tripelzelle als Konzentrator-Solarzelle eingesetzt. Dabei wird das Sonnenlicht mittels so genannter Fresnel-Linsen auf sehr kleine runde Zellen mit einer Fläche von nur 0,031 Quadratzentimeter gebündelt. Die hocheffizienten Halbleiterverbindungen können so auch für die terrestrische Anwendung kostengünstig genutzt werden. So wurde die am Fraunhofer ISE entwickelte Zelle für eine 500-fache Sonnenlichtkonzentration ausgelegt. Dadurch stellt der Winzling ein wahres Kraftpaket dar.
„Wir setzen die winzigen Zellen, die nur die Größe von Leuchtdioden haben und aus ähnlichen Materialien hergestellt werden, in so genannten FLATCON(TM)-Konzentratormodulen ein“ so Gerhard Willeke, Abteilungsleiter Solarzellen. „Mit dieser Technologie kann man photovoltaische Systemwirkungsgrade deutlich über 25 Prozent erzielen.“ Erste Demonstratoren mit FLATCON(TM)-Konzentratormodulen und den neuen Zellen werden zur Zeit im Rahmen eines vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderten Forschungsprojekts am Fraunhofer ISE aufgebaut und getestet. Schon in Kürze werden die FLATCON(TM)-Module dem Markt zur Verfügung stehen.
(idw – Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 22.02.2005 – DLO)
