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Neue Weltrekordsolarzelle auf einem 100 mm Wafer mit ungefähr 500 Konzentratorzellen. (©Fraunhofer ISE/Foto: Alexander Wekkeli)

Solarzelle mit 46 % Wirkungsgrad – neuer Weltrekord

Mit einer Mehrfachsolarzelle wurde ein neuer Weltrekord für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom erreicht.

IV-Charakteristik der neuen Vierfach-Solarzelle mit 46% Wirkungsgrad bei 50,8 W/cm², was einer 508fachen Konzentration entspricht. (Quelle: Fraunhofer ISE)

46 % des einfallenden Sonnenlichts wandelt die Zelle direkt in elektrische Energie um. Soitec und CEA Leti, Frankreich, sowie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg haben die Zelle gemeinsam entwickelt. Mehrfachsolarzellen werden in der konzentrierenden Photovoltaik (CVP) eingesetzt, die in Regionen mit hohem Direktstrahlungsanteil regenerativen Strom zu günstigen Kosten erzeugt. Die 46%-Solarzelle ist der zweite Rekord der Partner innerhalb von nur einem Jahr und unterstreicht die starke Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Photovoltaik-Forschung und -Industrie.

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology bestätigt Wirkungsgrad

Mehrfachsolarzellen basieren auf III-V-Halbleiterverbindungen. Die Rekordzelle ist eine Vierfachsolarzelle, jede Teilzelle wandelt exakt ein Viertel der Photonen im Wellenlängenbereich zwischen 200 und 1750 nm in elektrische Energie um. Beim Einsatz in der Konzentrator-Photovoltaik bündelt eine Fresnel-Linse das Sonnenlicht auf eine sehr kleine Zelle. Der neue Rekordwert wurde bei einer Konzentration von 508 Sonnen, d. h. der 508-fachen Bündelung des einfallenden Lichts, gemessen. Der gemessene Wirkungsgrad der Solarzelle ist jetzt durch das National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Japan bestätigt worden, einer der führenden Einrichtungen für unabhängige Solarzellenmessungen unter Standard-Testbedingungen.

Eine besondere Herausforderung, die bei dieser Zelle erfolgreich gelöst wurde, liegt in der gleichmäßigen Verteilung der Photonen auf die vier Teilzellen. Dies haben die Forscher durch die genaue Anpassung der Materialzusammensetzung und Dicke jeder einzelnen Halbleiterschicht in der Solarzelle erreicht.

„Dieser Weltrekord ist ein wichtiger Meilenstein in unserer französisch-deutschen Zusammenarbeit. Wir sind sehr froh, dass unser Ergebnis von 46 % jetzt durch eine unabhängige Messung von AIST in Japan bestätigt wurde“, erklärt Dr. Frank Dimroth, Projektleiter für die Zellentwicklung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. „Die Konzentrator-Photovoltaik ist heute die effizienteste Solartechnologie und eignet sich für alle Länder mit hoher direkter Solarstrahlung.“

Nächstes Ziel: 50 Prozentmarke erreichen

Jocelyne Wasselin, Vice President Solar Cell Product Development bei Soitec, einem der Weltmarktführer für Hochleistungshalbleiter mit Sitz in Frankreich, sagt: „Wir sind sehr stolz auf diesen neuen Weltrekord. Er bestätigt uns in der Wahl der Technologie für die Entwicklung dieser Vierfachsolarzelle und ist gleichzeitig ein klarer Indikator dafür, dass wir in naher Zukunft die 50 Prozentmarke erreichen können.“

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