{"id":72438,"date":"2021-06-30T02:07:00","date_gmt":"2021-06-30T00:07:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=72438"},"modified":"2021-06-29T19:07:55","modified_gmt":"2021-06-29T17:07:55","slug":"rekordwert-von-689-wirkungsgrad-fuer-gaas-duennschichtzelle-unter-laserlicht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/rekordwert-von-689-wirkungsgrad-fuer-gaas-duennschichtzelle-unter-laserlicht\/","title":{"rendered":"Rekordwert von 68,9% Wirkungsgrad f\u00fcr GaAs-D\u00fcnnschichtzelle unter Laserlicht"},"content":{"rendered":"\n

Neben der klassischen Anwendung von Solarzellen auf D\u00e4chern und Freifl\u00e4chen, k\u00f6nnen solche Bauelemente auch f\u00fcr eine effiziente Energie\u00fcbertragung mit Laserlicht genutzt werden. <\/p>\n\n\n\n

Auf der 48. IEEE Photovoltaic Specialists Conference<\/a> demonstrierten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Solare Energiesysteme ISE, wie sie mit einer Laserleistungszelle unter monochromatischem Licht einen photovoltaischen Rekordwirkungsgrad von 68,9% erzielen. Hierf\u00fcr nutzte das Forscherteam eine sehr d\u00fcnne Solarzelle aus Galliumarsenid, die sie mit einem hochreflektierenden, leitf\u00e4higen R\u00fcckseitenspiegel versahen.<\/p>\n\n\n\n

Photovoltaikzellen wandeln Licht in elektrischen Strom. Hierzu wird das Licht in einer Halbleiterstruktur, zum Beispiel aus Galliumarsenid, absorbiert, und die entstehenden positiven und negativen Ladungen werden zu zwei Kontakten auf der Vorder- und R\u00fcckseite der Zelle geleitet. Dieser photovoltaische Effekt ist besonders effizient, wenn die Energie des einfallenden Lichts knapp oberhalb der sogenannten Bandl\u00fccken\u00adenergie des Materials liegt. Verwendet man einen Laser als Lichtquelle, so kann dies mit einem geeigneten Material immer erf\u00fcllt werden und sehr hohe Wirkungsgrade sind theoretisch m\u00f6glich.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr diese neue Form der Energie\u00fcbertragung, die auch als Power-by-Light Technologie bezeichnet wird \u2013 entstehen immer mehr Anwendungen, bei denen der Laserstrahl frei durch den Raum gef\u00fchrt oder in eine Glasfaser eingekoppelt wird. Am Ende befindet sich immer eine Photovoltaikzelle, die spezifisch auf die Leistung und Wellenl\u00e4nge des Lasers angepasst ist. Solche Power-by-Light Systeme bieten Vorteile gegen\u00fcber einer konventionel\u00adlen Energie\u00fcbertragung mit Kupferkabel, beispielsweise wenn die Anwendung eine galvanisch getrennte Energieversorgung erfordert, Blitz- oder Explosionsschutzaspekte relevant sind, elektromagnetische Vertr\u00e4glichkeit eine Rolle spielt oder eine komplett drahtlose Energie\u00fcbertragung ben\u00f6tigt wird.<\/p>\n\n\n\n

Den Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer ISE ist es nun gelungen, mit einer Galliumarsenid-basierten III-V Photovoltaikzelle erstmals einen Wirkungsgrad von 68,9 % f\u00fcr Laserlicht mit einer Wellenl\u00e4nge von 858 nm zu demonstrieren. Dies ist der h\u00f6chste Wert, der jemals f\u00fcr die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom erreicht wurde. M\u00f6glich wurde dies durch eine spezielle D\u00fcnnschichttechnologie, bei welcher die Solarzellenschichten zun\u00e4chst auf einem Substrat aus Galliumarsenid aufgewachsen werden, das allerdings sp\u00e4ter im Bauelement wieder entfernt wird. Zur\u00fcck bleibt die wenige Mikrometer d\u00fcnne Halbleiterstruktur, die anschlie\u00dfend mit einem hoch reflektierenden R\u00fcckseitenspiegel versehen wird.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbDies verschafft der Zelle zwei Vorteile\u00ab, erkl\u00e4rt Dr. Henning Helmers, Leiter des Forschungsteams am Fraunhofer ISE. \u00bbErstens werden Photonen in der Zelle eingefangen und die Absorption f\u00fcr Photonenenergien nahe der Bandl\u00fccke maximiert, so dass Thermalisierungs- und Transmissionsverluste zugleich minimiert werden. Zweitens werden durch strahlende Rekombination im Absorber neu erzeugte Photonen durch den Spiegel im Absorber eingefangen und genutzt. So wird durch Verl\u00e4ngerung der effektiven Ladungstr\u00e4gerlebensdauer zus\u00e4tzlich die Spannung erh\u00f6ht.\u00ab<\/p>\n\n\n\n

Die Forschungsgruppe untersuchte D\u00fcnnschichtzellen mit R\u00fcckseitenspiegeln aus Gold sowie einer optisch vorteilhaften Kombination aus Keramik und Silber, wobei letztere die besten Ergebnisse erzielte. F\u00fcr die Absorber wurde eine n-GaAs\/p-AlGaAs Heterostruktur entwickelt, die besonders geringe Verluste an Ladungstr\u00e4gern durch Rekombination erreicht.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbDas ist ein beeindruckendes Ergebnis, das zeigt, welches Potenzial in der Photovoltaik auch f\u00fcr industrielle Anwendungen jenseits der Solarstromgewinnung steckt\u00ab, freut sich Institutsleiter Prof. Andreas Bett. Beispiele f\u00fcr die vielf\u00e4ltigen Anwendungen optischer Leistungs\u00fcbertragung sind die Struktur\u00fcberwachung von Windkraftanlagen, die \u00dcberwachung von Hochspannungsleitungen, Treibstoffsensorik in Flugzeugtanks oder die optische Versorgung von Implantaten von au\u00dferhalb des K\u00f6rpers, die \u00dcberwachung passiver optischer Netzwerke, oder die drahtlose Energieversorgung f\u00fcr Anwendungen im Internet der Dinge.<\/p>\n\n\n

Quelle<\/h5>\r\n\n\n\n

Fraunhofer ISE 2021<\/a><\/p>\n

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