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UNIFORSCHUNG UNI I 01 I 2014 35 | Weltrekord-Solarzelle für günstigen Strom Eine Forschergruppe um Professor Thomas Hannappel, Leiter des Fachgebiets Photovoltaik an der TU Ilmenau, hat an der Entwicklung einer Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 44,7 Prozent entscheidend mitgewirkt. Keine Solarzelle weltweit kann Sonnenenergie effizienter in Strom um-wandeln. Für die in Deutschland angestrebte Energiewende könnte die Weltrekord-Solarzelle ein bedeutender Schritt hin zu kostengünstigem Solarstrom sein. Noch im Jahr 2000 lag der Wirkungsgrad vergleichbarer Solarzellen bei unter 32 Prozent. An der Steigerung der so genann-ten Konversionseffizienz forscht weltweit derzeit ein Dutzend wissenschaftlicher Institute und Forschungseinrichtungen. Den bisherigen Weltrekord von 44,4 Pro-zent hielt der japanische Entwickler und Hersteller von Energielösungen Sharp. Das Besondere an der neuen deutsch-französischen Solarzelle ist, dass sie aus vier Teilzellen besteht, während bisher für die effizientesten Zellen nur drei Teilzellen übereinander gestapelt wurden. Zudem wurden optische Komponenten integriert, um den größtmöglichen Anteil an Sonnen-licht auf die Zelle zu konzentrieren. In der neuen Konzentrator-Technologie sieht Professor Thomas Hannappel ein riesiges Potenzial: „44,7 Prozent Konver-sionseffizienz ist ein wirklich erstaunlich hoher Wert. Unser Optimismus ist groß, mehr als 50 Prozent zu erreichen.“ Der Ilmenauer Wissenschaftler ist über-zeugt, dass die neue Zellentechnologie der Industrie unmittelbar zugute kommen kann. Konzentrator-Module werden in So-larkraftwerken vor allem in sonnenreichen Gebieten der Erde eingesetzt. Hier ermög-lichen sie doppelt so hohe Wirkungsgrade wie konventionelle Solarkraftwerke. Hauptprotagonist des Wissenschaftler-teams, das drei Jahre lang an der neuen Solarzelle gearbeitet hat, ist das Fraunho-fer- Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg um Dr. Frank Dimroth. Daneben waren der Hersteller von Spezialsolarzellen Soitec, das französische Forschungsinstitut für Elektronik und Informationstechnolo-gie CEA-Leti und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) an der Entwicklung beteiligt. Die Forschergruppe der TU Ilmenau und des HZB um Professor Thomas Hannappel entwickelte einen Teil der Solarzellenstruk-tur, der zur Steigerung des Wirkungsgrads besonders wichtig ist, und erforschte kritische und schwierige Oberflächen und Grenzflächen in dieser Struktur. Grenzflä-chen von so genannten Heterostrukturen nennt man jene Flächen, mit denen sich zwei verschiedene Stoffe gegeneinander abgrenzen. Sie spielen bei allen opto-elek-tronischen Bauelementen eine entschei-dende Rolle. Vielfachsolarzellen sind klei-ne materialwissenschaftliche Kunstwerke, bei denen eine Vielzahl von Grenzflächen entstehen, die atomlagengenau gewach-sen und kontrolliert werden müssen. Um ihren Wirkungsgrad zu steigern, war es vor allem Aufgabe der Wissenschaftler, die Entstehung unerwünschter Defekte zu vermeiden, da es andernfalls zu uner-wünschten elektrischen Verlusten kommt. Die neue Solarzelle trägt mit dazu bei, das Energie- und Kostenproblem zu lösen, nicht zuletzt, weil sie industriell leicht verwertbar ist. Denn neben sehr hohen Wirkungsgraden liegt ein weiterer Haupt-vorteil von Konzentrator-Modulen in einer ressourcenschonenden und besonders kostengünstigen Fertigungstechnologie. Professor Thomas Hannappel leitet die Forschungen an der TU Ilmenau. Die TU Ilmenau und das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE haben gemeinsam die derzeit leistungsfähigste Solarzelle der Welt entwickelt. Foto: Fraunhofer ISE Foto: Richter


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