Neue Weltrekordsolarzelle auf einem 100-Millimeter-Wafer mit ungefähr 500 Konzentratorzellen © Fraunhofer ISE/ Alexander Wekkeli

Mehr Strom aus Sonne: Weltrekord bei Mehrfachsolarzellen

Ein neuer Weltrekord ist dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und seinen französischen Verbundpartnern gelungen: 46 Prozent des Sonnenlichts konnte die von ihnen entwickelte Mehrfachsolarzelle in elektrischen Strom umwandeln. Die Forschungsförderung des BMWi ist eine wichtige Grundlage für diesen Erfolg.

Die Energiewende setzt auf neue Technologien – Forschung und Entwicklung treiben diese Innovationen voran. Die Mehrfachsolarzelle ist hier ein gutes Beispiel: Innerhalb eines Jahres konnten die Projektpartner den Wirkungsgrad erneut steigern und damit die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Photovoltaik-Forschung und -Industrie unter Beweis stellen. Die neue Technik soll so schnell wie möglich marktfähig werden – in naher Zukunft könnte beim Wirkungsgrad die 50-Prozent-Marke erreicht werden. Hohe Wirkungsgrade sind ein effektiver Weg, die Kosten für die Erzeugung von Solarstrom weiter zu senken.

Die hocheffizienten gestapelten Mehrfachsolarzellen werden in der sogenannten konzentrierenden Photovoltaik eingesetzt. Das Sonnenlicht wird hier durch spezielle Linsen auf die Solarzellen gebündelt: Die neue Bestmarke mit dem hohen Wirkungsgrad von 46 Prozent wurde durch eine mehr als 500fache Bündelung des einfallenden Lichts erreicht. Dadurch können besonders kleine und hochwertige Solarzellen eingesetzt werden, deren Fläche um den Faktor 500 bis 800 kleiner ist als bei der Standard-Photovoltaik. Geeignet sind solche Konzentratormodule jedoch nur für Gegenden mit einem hohen Anteil direkter Sonnenstrahlung wie etwa Südeuropa.

Der Aufbau der neuen Rekordzelle ist komplex: Sie besteht aus vier verschiedenen Halbleitermaterialien, die übereinander "gestapelt" werden. Jeder der vier Halbleiter selbst besteht wiederum aus mehreren funktionalen Einzelschichten. Halbleiter bilden die Grundlage jeder Photovoltaikzelle, durch sie kann Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt werden. Die vier übereinander liegenden Teilzellen sind so aufeinander abgestimmt, dass in jeder jeweils genau derselbe Strom aus dem Sonnenspektrum erzeugt wird – somit gibt es kein schwächstes Glied, das den Ertrag begrenzen könnte.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt mit seiner Forschungsförderung im Bereich der konzentrierenden Photovoltaik die nun erreichten Erfolge des Fraunhofer ISE nachhaltig. Zwei Beispiele sind die Projekte KoMGen und HeKMod4 des Freiburger Instituts, die das BMWi mit insgesamt 6,7 Millionen Euro unterstützt.