Eine neue Vierfach-Solarzelle erzielt mit 43,6 Prozent einen Rekord-Wirkungsgrad unter konzentriertem Licht. Die neuartige Produktionstechnologie ermöglicht diesen Fortschritt dank Zusammenarbeit privater Firmen und öffentlicher Forschungseinrichtungen.
In einem ambitionierten Industrieprojekt mit der französischen Firma
SOITEC arbeitet das Fraunhofer ISE gegenwärtig an einer neuen Generation
von Mehrfach-Solarzellen, die das Potenzial haben in Zukunft
Wirkungsgrade bis zu 50 % unter konzentriertem Sonnenlicht zu erreichen.
Hierzu werden anstelle der bisher gängigen Dreifach-Solarzellen, die
aus Halbleitermaterialien der Gruppen III und V des Periodensystems
bestehen – nun erstmals Vierfach-Solarzellen eingesetzt.
Dabei werden
zunächst zwei Tandemsolarzellen separat auf unterschiedlichen III-V
Substraten abgeschieden und anschließend durch das so genannte
Wafer-bond-Verfahren so fest miteinander verbunden, dass die Grenzfläche
den Stromfluss durch die Vierfach-Solarzelle erlaubt.
Mehrfach-Solarzellen finden ihren Einsatz in
Konzentratorphotovoltaik-Kraftwerken.
»Wir freuen uns sehr über den gemeinsamen Erfolg einer 43,6 Prozent
Solarzelle, den wir mit Hilfe der Technologie des Wafer-bondens erzielen
konnten. Dieses Verfahren erlaubt es uns, die besten III-V
Halbleitermaterialien miteinander in einer Solarzelle zu vereinen und so
den Übergang zu einer neuen Generation besonders hocheffizienter
Mehrfach-Solarzellen zu realisieren« sagt Dr. Frank Dimroth,
Abteilungsleiter III-V – Epitaxie und Solarzellen am Fraunhofer-Institut
für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. »Dabei kombinieren wir
Kristalle miteinander, die eigentlich nicht zueinander passen und daher
mit herkömmlichen Verfahren auch nicht mit hoher Qualität direkt
aufeinander abgeschieden werden können.«
Unter Wafer-bonden versteht man
eine Methode, bei der Halbleiterkristalle mit unterschiedlicher
Gitterkonstante so verpresst werden, dass sich an der Grenzfläche
atomare Bindungen ausbilden. Diese Technologie stellt ein zentrales
Know-How der französischen Firma SOITEC und des Entwicklungspartners
CEA-Leti dar. Sie wird seit Jahrzehnten bei der Herstellung spezieller
Substrate für die Mikroelektronikindustrie eingesetzt. SOITEC und
CEA-Leti haben es gemeinsam geschafft, das Wafer-bonden so
weiterzuentwickeln, dass die spezifischen Anforderungen der
Solarzellenanwendung erfüllt werden. Mehr als 30 Halbleiterschichten mussten am Fraunhofer ISE für die
neue Vierfach-Solarzelle verfahrenstechnisch optimiert werden. Ein Teil
der Struktur wurde am Helmholtz Zentrum Berlin – Arbeitsgruppe Prof.
Thomas Hannappel, heute TU Ilmenau – entwickelt, an das Fraunhofer ISE
transferiert und in den Epitaxieprozess integriert.
Die besonders effizienten Mehrfach-Solarzellen sollen in den
photovoltaischen Konzentratormodulen der Firma SOITEC, ehemals
Concentrix Solar GmbH, zum Einsatz kommen. Concentrix Solar, eine
Ausgründung des Fraunhofer ISE, wurde 2009 von der französischen SOITEC
SA übernommen. Seither entwickelt das Fraunhofer ISE die
höchsteffizienten Solarzellen und punktfokussierenden Konzentratormodule
im Auftrag von SOITEC weiter. Die Technologie wird weltweit in
Solarkraftwerken an Standorten mit besonders hoher Sonneneinstrahlung
eingesetzt. »Die konzentrierende Photovoltaik erreicht immer höhere
Wirkungsgrade und senkt damit flächenproportionale Kosten« sagt Prof.
Eicke Weber, Leiter des Fraunhofer ISE »Die neuen Solarzellen mit dem
herausragenden Wirkungsgradpotenzial durch die neue
Produktionstechnologie werden einen wichtigen Beitrag zum Erfolg der
konzentrierenden Photovoltaik leisten. Wir sind stolz darauf, diese
Entwicklung mit der Firma SOITEC durchzuführen.«
Über Fraunhofer ISE: Mit rund 1300 Mitarbeitern ist das in
Freiburg angesiedelte Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
das größte europäische Solarforschungsinstitut. Das Fraunhofer ISE setzt
sich für ein nachhaltiges, wirtschaftliches, sicheres und sozial
gerechtes Energieversorgungssystem ein. Es schafft technische
Voraussetzungen für eine effiziente und umweltfreundliche
Energieversorgung, sowohl in Industrie- als auch in Schwellen- und
Entwicklungsländern. Hierzu entwickelt das Institut Materialien,
Komponenten, Systeme und Verfahren in insgesamt acht Geschäftsfeldern:
Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik, Angewandte Optik und
funktionale Oberflächen; Solarthermie; Silicium-Photovoltaik;
Photovoltaische Module und Systeme; Alternative
Photovoltaik-Technologien; Regenerative Stromversorgung;
Wasserstofftechnologie. Das Institut verfügt über mehrere akkreditierte
Testzentren. www.ise.fraunhofer.de.
Über SOITEC: Soitec ist ein internationaler Marktführer in
der Entwicklung und Herstellung neuartiger Materialien für die
Halbleiterindustrie und ein Vorreiter im Bereich Energie und Elektronik.
Soitec stellt unter anderem Substrate für die Mikroelektronik, wie etwa
SOI (Silicon-on-Insulator), und Konzentrator-Photovoltaik-Systeme her.
Soitecs Schlüsseltechnologien sind Smart Cut™, Smart Stacking™ und
Concentrix™. Außerdem verfügt das Unternehmen über besondere Expertise
im Bereich Epitaxie. Diese Produkte finden Anwendung in der
Verbraucherelektronik, mobilen Geräten, Mikroelektronik,
Telekommunikation sowie in der Automobilelektronik, in der Beleuchtung
und in Solarkraftwerken. Soitec verfügt über Produktionsanlagen und
Forschungszentren in Frankreich, Singapur, Deutschland und den
Vereinigten Staaten. Weitere Informationen finden Sie auf unserer
Webseite: www.soitec.com.
Quelle: ISE
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