Eine metamorphe Dreifachsolarzelle bestehend aus den III-V-Verbindungshalbleitern Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium entwickelten Dr. Andreas Bett und Dr. Frank Dimroth vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Der spezielle Aufbau ermöglicht es, fast das gesamte Spektrum des Sonnenlichts optimal zur Energieerzeugung zu nutzen. Die Forscher konnten damit mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln als je zuvor, bei einem Rekordwirkungsgrad von 41,1 Prozent. Für ihre Arbeiten erhalten sie den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2010.
Der hohe Wirkungsgrad wird möglich, indem mehrere Solarzellen mit einer sehr guten Qualität übereinander gestapelt werden. "Unsere Dreifach-Solarzelle besteht aus mehr als 20 einzelnen Schichten, die wir alle optimiert haben", sagt Dr. Frank Dimroth. "Wir haben sowohl die Struktur der Halbleiterschicht als auch die Materialqualität, die Metallkontakte, sowie die Antireflexschichten verbessert, um zu diesem Ergebnis zu kommen".
Ursprünglich wurden Mehrfach-Solarzellen für den Weltraum entwickelt, die meisten Satelliten im All sind mit ihnen bestückt. Sie liefern den Strom für den Betrieb. Da das Herstellungsverfahren vergleichsweise teuer ist, kamen diese Zellen auf der Erde bisher nicht zum Einsatz. Die Kombination der hocheffizienten Zellen mit einem Linsen-Verstärker sorgt dafür, dass im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen nur noch etwa ein Fünfhundertstel der Halbleiterfläche benötigt wird.
Die Zellen in den eigens entwickelten Konzentratormodulen sind nur drei Quadratmillimeter groß. Über dieser kleinen Solarzelle liegt in einem Abstand von etwa zehn Zentimetern eine Fresnellinse. Dieser Aufbau konzentriert das Sonnenlicht um den Faktor 400 bis 500. Damit die Zellen nicht überhitzen, sind sie auf einen Kupferträger aufgebracht, der die Wärme ausreichend gut verteilt. So reicht es, die Solarzelle nur passiv zu kühlen. "Dank dieses Aufbaus konnten wir Module mit Wirkungsgraden von über 29 Prozent herstellen", sagt Dr. Andreas Bett. Unter dem Namen FLATCON® sind diese Module seit 2007 auf dem Markt und beispielsweise in einem spanischen Solarpark im Einsatz.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
