Stromausbeute verdoppelt
Doch wie gelingt es, mit Mehrfachsolarzellen die Stromausbeute zu verdoppeln? Herkömmliche Solarzellen aus Silizium können nicht das gesamte Spektrum des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Die Preisträger verwenden daher mehrere unterschiedliche Halbleitermaterialien. Sie stapeln Lagen aus Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium übereinander und können so die Sonnenenergie nahezu komplett einfangen. Vor drei Jahren erzielte das Forscherteam um Andreas Bett damit im Labor einen Wirkungsgrad von 41,1 Prozent – damals Weltrekord.
Sonnenlicht wird gebündelt
Die Herstellung von Dreifachsolarzellen ist aufwändig und teuer. Um Mehrfachsolarzellen dennoch preiswert zu fertigen, greifen die Forscher zu einem Trick. Sie setzen vor jede Zelle eine Linse, die das Sonnenlicht 500-fach bündelt. Nun genügen winzige Halbleiter von nur drei Millimeter Durchmesser, um den fokussierten Lichtstrahl aufzufangen. »Der Einsatz dieser kostengünstigen fokussierenden Optik ermöglicht einen sparsamen Einsatz der vergleichsweise teuren Halbleitermaterialien. Je nach Konzentrationsfaktor benötigt man nur ein Fünfhundertstel bis Tausendstel des Halbleitermaterials – und erhöht dennoch die Effizienz der Solarzelle«, erläutert Dr. Andreas Bett, Bereichsleiter »Materialien – Solarzellen und Technologie« und stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer ISE.
Effizienz der Mehrfachsolarzellen gesteigert
Bett ist es gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen am Fraunhofer ISE gelungen, die Effizienz von Mehrfachsolarzellen zu verbessern und den Aufbau der Konzentrator-Photovoltaik-Module zu optimieren. Zur industriellen Umsetzung wurde die Firma Concentrix im Jahr 2005 in Freiburg gegründet. Vier Jahre später hat das Unternehmen Soitec den Spin Off übernommen. Hansjörg Lerchenmüller, ehemaliges Mitglied des Fraunhofer ISE, treibt seit der Ausgründung die Kommerzialisierung und Internationalisierung voran. Soitec hat das Konzept der Konzentrator-Photovoltaik-Module erfolgreich in die Serienfertigung transferiert und ist heute einer der Weltmarktführer. Die industriell hergestellten Module haben einen Wirkungsgrad von 30 Prozent. Einen Wert, den Lerchenmüller und Bett in den kommenden Jahren noch steigern wollen.
Die Konzentrator-Photovoltaik-Module benötigen direkte Sonneneinstrahlung. Sie sind deshalb besonders für den Einsatz in Südeuropa, Nordafrika, dem Südwesten der USA oder im Nahen Osten in Solarparks geeignet. Solarkraftwerke des Unternehmens Soitec – mit einer Gesamtleistung von über 10 Megawatt – stehen bereits in 14 Ländern weltweit, unter anderem in Ägypten.