{"id":61500,"date":"2020-08-11T07:53:06","date_gmt":"2020-08-11T05:53:06","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=61500"},"modified":"2020-08-16T08:07:25","modified_gmt":"2020-08-16T06:07:25","slug":"hoehere-wirkungsgrade-im-tandem-neuer-solarzellenrekord","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/hoehere-wirkungsgrade-im-tandem-neuer-solarzellenrekord\/","title":{"rendered":"H\u00f6here Wirkungsgrade im Tandem \u2013 neuer Solarzellenrekord"},"content":{"rendered":"\n
Die Photovoltaikforschung arbeitet mit Nachdruck daran, die Wirkungsgrade von Solarzellen immer weiter zu erh\u00f6hen.<\/p>\n\n\n\n
Zunehmend r\u00fcckt die Tandem-Photovoltaik dabei in den Fokus, bei der in unterschiedlichen Kombinationen leistungsstarke Solarzellenmaterialien zusammengef\u00fchrt werden, um so das Sonnenspektrum bei der Umwandlung von Licht in elektrische Energie noch effizienter zu nutzen. Das Fraunhofer ISE verzeichnet jetzt mit 25,9 Prozent Wirkungsgrad einen neuen Rekordwert f\u00fcr eine direkt auf Silicium gewachsene III-V\/Si Tandemsolarzelle. Diese wurde erstmals auf einem kosteng\u00fcnstigen Siliciumsubstrat hergestellt \u2013 ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu wirtschaftlichen L\u00f6sungen f\u00fcr die Tandem-Photovoltaik.<\/p>\n\n\n\n
Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Solare Energiesysteme ISE arbeitet seit vielen Jahren an Mehrfachsolarzellen, bei denen zwei oder drei Teilzellen \u00fcbereinander angeordnet werden, um unterschiedliche Wellenl\u00e4ngen des Sonnenlichts in Strom zu wandeln. F\u00fcr den infraroten Anteil des Spektrums eignet sich Silicium als Absorber und dar\u00fcber werden wenige Mikrometer d\u00fcnne Schichten aus III-V-Halbleitern aufgetragen, dies sind Materialien aus den Gruppen III und V des Periodensystems, welche das ultraviolette, sichtbare und nahe infrarote Licht effizienter in Strom wandeln. Reine III-V Halbleiter-Solarzellen werden bereits im Weltraum und in der Konzentrator-Photovoltaik eingesetzt. Durch kosteng\u00fcnstigere Verfahren im Zusammenspiel mit Silicium als unterster Teilzelle soll die Tandem-Technologie in Zukunft auch f\u00fcr die breite Photovoltaik zug\u00e4nglich gemacht werden. Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg.<\/p>\n\n\n\n
25,9 Prozent f\u00fcr direkt auf Silicium gewachsene III-V\/Si Tandemsolarzelle<\/h5>\n\n\n\n
Es gibt unterschiedliche Ans\u00e4tze, um Kombinationen aus III-V- und Siliciumsolarzellen herzustellen. So h\u00e4lt das Fraunhofer ISE seit 2019 den Weltrekordwert von 34,1 Prozent Wirkungsgrad (neu 34,5 Prozent) f\u00fcr eine Tandemsolarzelle, bei der die III-V Halbleiterschichten von einem Galliumarsenid-Substrat auf Silicium \u00fcbertragen werden, wobei die Schichten durch einen sogenannten Wafer-Bond verbunden sind. Diese Technologie ist effizient aber teuer. Daher arbeitet das Fraunhofer ISE seit vielen Jahren an direkteren Herstellungsverfahren, bei denen die III-V Schichten auf eine Siliciumsolarzelle abgeschieden bzw. epitaxiert werden. Hierbei ist es entscheidend, eine hohe Kristallqualit\u00e4t aller Schichten zu erhalten \u2013 eine gro\u00dfe Herausforderung. F\u00fcr eine solche, direkt auf Silicium gewachsene III-V\/Si Tandemsolarzelle wurde jetzt mit 25,9 Prozent ein neuer Weltrekord-Wirkungsgrad erzielt. Fraunhofer ISE Wissenschaftler Markus Feifel konnte seinen Erfolg j\u00fcngst auf der 47. IEEE Photovoltaic Specialists Conference, die wie derzeit viele Konferenzen online stattfindet, pr\u00e4sentieren und wurde daf\u00fcr mit dem Student Award in der Kategorie Hybrid Tandemsolarzellen geehrt. \u00bbVon au\u00dfen ist die komplexe innere Struktur der Zelle nicht sichtbar, da alle Absorber durch weitere Kristallschichten miteinander verbunden und elektrisch verschaltet sind\u00ab erkl\u00e4rt der junge Solarzellenforscher, der damit in weniger als einem Jahr das Ergebnis seiner Arbeiten von 24,3 auf 25,9 Prozent verbessern konnte. \u00bbGelungen ist dieser Erfolg durch das Austauschen einer einzigen d\u00fcnnen Schicht innerhalb der Mehrfachzelle\u00ab, erkl\u00e4rt er weiter. \u00bbEine sorgf\u00e4ltige Analyse unserer Zellen ergab, dass diese Schicht zu einer Barriere f\u00fcr die Stromleitung gef\u00fchrt hat.\u00ab<\/p>\n\n\n\n
In kleinen Schritten haben die Fraunhofer Forscher die Technologie seit 2007 gemeinsam mit der TU Ilmenau, der Philipps Univ. Marburg und der Firma Aixtron weiterentwickelt, spezielle Epitaxie-Anlagen aufgebaut und jede einzelne Schicht der Struktur untersucht. Diese Entwicklungen wurden vom Bundesforschungsministerium BMBF im Rahmen der Projekte \u00bbIII-V-Si\u00ab und \u00bbMehrSi\u00ab gef\u00f6rdert. Ein besonderes Highlight der neuen Tandemsolarzelle ist es, dass die III-V Schichten nicht wie bisher \u00fcblich auf einem chemisch-mechanisch polierten Substrat gewachsen wurden, sondern auf einem Silicium-Wafer, der nach dem S\u00e4gen des Kristalls in einem einfachen Verfahren nur mittels kosteng\u00fcnstiger Schleif- und \u00c4tzprozesse behandelt wurde. Im Rahmen des europ\u00e4ischen Projekts \u00bbSiTaSol\u00ab hatte die d\u00e4nische Firma Topsil diese Silicium-Wafer entwickelt und damit einen wichtigen Schritt in Richtung einer wirtschaftlichen Produktion der neuen Mehrfachsolarzellen realisiert. In Zukunft wird es darum gehen, die Effizienz noch weiter zu erh\u00f6hen und auch die Abscheidung der Schichten noch schneller, mit h\u00f6herem Durchsatz und damit kosteng\u00fcnstiger zu realisieren, mit dem Ziel, dass die Tandem-Photovoltaik einen wichtigen Beitrag zu dem f\u00fcr die Energiewende notwendigen Photovoltaik-Zubau leisten kann.<\/p>\n\n\n\n
Schl\u00fcsseltechnologie f\u00fcr die Energiewende<\/h5>\n\n\n\n
Strom aus Solarzellen ist in vielen Teilen der Welt heute die g\u00fcnstigste Form der Energiegewinnung. \u00bbDie europ\u00e4ische Photovoltaik-Forschung hat zahlreiche Konzepte in Arbeit, um die Effizienz dieser Schl\u00fcsseltechnologie f\u00fcr die Energiewende noch weiter zu entwickeln\u00ab, so Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik \u2013 Forschung.\u00a0 \u00bbWir arbeiten nicht nur daran,\u00a0 die Produktion von Siliciumsolarzellen noch nachhaltiger und kosteng\u00fcnstiger zu machen, sondern gehen gleichzeitig neue Wege, um das bew\u00e4hrte Silicium in Verbindung mit anderen Halbleitermaterialien zu noch h\u00f6heren Effizienzen zu f\u00fchren. Dies gelingt uns mit der Tandem-Photovoltaik.\u00ab \u00a0Die Tandem-Photovoltaik er\u00f6ffnet nicht nur den Weg in die Zukunft der Stromerzeugung, diese Solarzellen eignen sich \u2013 aufgrund ihrer h\u00f6heren Spannung \u2013 auch hervorragend f\u00fcr die Elektrolyse, die direkte Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Somit leistet diese Technologie auch einen Beitrag zur Gewinnung von Wasserstoff als Energiespeicher und wichtigem Baustein \u00a0f\u00fcr die Energiewende.<\/p>\n\n\n