Höchst­effiziente Tandem-Photovoltaik

Die Photovoltaik ist der vielleicht wichtigste Trumpf gegen die Klimaerwärmung. Doch um den Energiehunger der Welt mit der heutigen Silizium-Technologie zu stillen, müssten enorme Flächen zugebaut werden. Ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg im Breisgau arbeitet deshalb an neuen, hocheffizienten Solarzellen.

Im Zentrum des Projekts stehen sogenannte III-V-Mehrfach-Solarzellen. Sie bestehen aus zwei bis sechs Halbleiterschichten, die sich aus Elementen der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems zusammensetzen; etwa Gallium, Indium, Arsen oder Phosphor. Weil jede Schicht einen anderen Anteil des Sonnenlicht-Spektrums aufnimmt, erreichen solche «Tandemsolarzellen» sehr hohe Wirkungsgrade. Gegenüber den heute verwendeten Siliziumzellen lässt sich mit ihnen ungefähr ein Drittel mehr Leistung herausholen.

Allerdings liegen die Material- und Herstellungskosten der Tandemsolarzellen momentan noch hundert Mal höher als bei Standard-Solarzellen. Zum einen sind die dafür benötigten Materialien deutlich seltener und teurer als Silizium. Zum anderen sind die Herstellungsverfahren noch nicht auf eine Massenfertigung ausgerichtet.

Das Projekt will die Herstellung von III-V-Mehrfach-Solarzellen marktfähig machen. Gelingen soll dies durch verschiedene Forschungsstränge: mit der Entwicklung ultradünner Solarzellen, die extrem geringe Materialmengen benötigen. Dank einer Kombination mit der hochkonzentrierenden Photovoltaik, bei der kostengünstige Linsen das Sonnenlicht tausendfach verstärken, bevor es durch eine winzige Solarzelle in Strom umgewandelt wird. Und durch eine deutliche Senkung der Herstellungskosten in den verschiedenen Produktionsschritten.