Fraunhofer-Preis 2010 für Entwickler von Solarzellen
Konzentriert die Sonne nutzen
Bei der direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie haben die beiden Preisträger Dr. Andreas Bett und Dr. Frank Dimroth einen Rekordwirkungsgrad erreicht: von dem einfallenden Sonnenlicht konnten sie 41,1% in Strom umwandeln. Diesen Wert haben die Forscher vom Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme ISE mit einer metamorphen Dreifach-Solarzelle aus den III-V-Verbindungshalbleitern Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium erzielt.
Für diesen hohen Wirkungsgrad werden mehrere qualitativ optimierte Solarzellen übereinander gestapelt. „Unsere Dreifach-Solarzelle besteht aus mehr als 20 einzelnen Schichten, die wir alle optimiert haben“, sagt Dr. Frank Dimroth. „Wir haben sowohl die Struktur der Halbleiterschicht als auch die Materialqualität, die Metallkontakte, sowie die Antireflexschichten verbessert, um zu diesem Ergebnis zu kommen“.
Das Besondere bei diesem System ist, dass die Solarstrahlung konzentriert wird: mit Spiegeln oder Linsen wird sie auf spezielle Konzentrator-Solarzellen gerichtet. Diese komplexen Zellen sind aufwendig herzustellen. Da sie aber mit einer Fresnellinse kombiniert werden, die die Strahlen konzentriert, reicht eine viel kleinere Fläche des teuren Zellmaterials. Die erforderliche Halbleiterfläche verringert sich gegenüber herkömmlichen Zellen auf etwa ein Fünfhundertstel.
Entwicklung zur Marktreife
So sehen die neu entwickelten Konzentrator-Module aus: etwa zehn Zentimeter über den nur drei Quadratmillimeter kleinen Solarzellen liegt eine Fresnellinse, die das Sonnenlicht um das 400- bis 500-fache konzentriert. Die Zellen sitzen zur Hitzeableitung auf einen Kupferträger. Solche Module sind unter dem Namen FLATCON® seit 2007 auf dem Markt; sie erreichen einen Wirkungsgrad von 29% und werden beispielsweise in einem spanischen Solarpark (mit einem Systemwirkungsgrad von 25%) eingesetzt.
Die Firma Concentrix Solar GmbH, ein Spin-off aus dem ISE, produziert die Konzentratorsysteme. Bei der Entwicklung der metamorphen Mehrfachsolarzellen arbeitet das Team seit Jahren eng mit der Firma AZUR Space Solar Power in Heilbronn zusammen, einem Hersteller von Solarzellen für den Weltraum. Dieser Partner will die hocheffizienten Solarzellen 2011 auf den Markt bringen.
Ertragreiches System für sonnenreiche Regionen
Die neuen Module eignen sich insbesondere für sonnenreiche Regionen mit viel direkter Sonneneinstrahlung, z.B. in Südeuropa. Auf einem Tracker montiert, werden sie zweiachsig der Sonne nachgeführt, damit der Brennpunkt der Linse jederzeit den aktiven Bereich der Solarzelle trifft. In Deutschland sind für das FLATCONSystem höhere Stromgestehungskosten zu erwarten, als für die fest aufgestellte Flachmodul-Silizium-PV.
Internationale Anerkennung
Am 9.6.2010 wurde die Arbeit des Forscherteams erneut gewürdigt:
Für die Entwicklung der metamorphen Dreifachsolarzelle erhielt Dr. Frank Dimroth im Institut de France in Paris den höchst dotierten französischen Wissenschaftspreis der »Fondation Louis D«.
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