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Solarzellen-Effizienz-Rekord: Universität Luxemburg kommt näher

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Veröffentlicht am Dienstag, den 08. Juni 2021

Eine von Physikern der Universität Luxemburg und der Universität Uppsala entwickelte Solarzelle wurde kürzlich mit einem Wirkungsgrad von 14% zertifiziert, was dem Weltrekord von 15,5% nahekommt. Diese neue Entdeckung wurden kürzlich zur Veröffentlichung in der internationalen Zeitschrift für Energieforschung Joule angenommen

Die Solarzellentechnologie hat in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte gemacht, sodass Solarzellen zu den günstigsten Stromquellen in Mitteleuropa gehören. Solarzellen haben jedoch fundamentale physikalische Grenzen, und sie können niemals 100 % effizient sein.

Vielversprechende neue Technologien

Materialien für Solarzellen unterliegen immer einem Kompromiss zwischen weniger Lichtverlust und weniger Energieverlust. Dieses Gleichgewicht kann erheblich verbessert werden, indem man zwei verschiedene Materialien verwendet und eine Tandem-Solarzelle herstellt – Solarzellen, die aus zwei Einzelzellen kombiniert werden und das Sonnenspektrum besser ausnutzen. Ihre Effizienz kann größer als 30 % sein. Aktuelle Solarzellentechnologien, die auf einer einzelnen Solarzelle basieren, sind auf eine Effizienz unterhalb dieses Wertes beschränkt. Cu(In,Ga)S2 ist ein Halbleitermaterial aus den Elementen Kupfer, Indium, Gallium und Schwefel, das in Tandem-Solarzellen eingesetzt wird.

Sudhanshu Shukla und Mohit Sood vom Fachbereich Physik und Materialwissenschaften (DPhyMS) der Universität Luxemburg haben die Verlustmechanismen in Cu(In,Ga)S2-Solarzellen untersucht und die Materialqualität verbessert. Um auch die Kontaktmaterialien zu verbessern, haben sie sich mit Tobias Törndahl von der Universität Uppsala zusammengetan, der über langjährige Erfahrung mit Kontaktmaterialien verfügt. Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit war eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 14 %, was aber nur der Anfang weiterer Entwicklungen sein kann.

Die 14%-Solarzelle wurde vom Kalibrierlabor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme zertifiziert.

Bedeutung der Effizienz-Zertifizierung

„Wenn wir in unserem Labor Solarzellen entwickeln, messen wir deren Effizienz unter genau definierten Bedingungen. Allerdings kann es immer zu kleinen Schwankungen zwischen verschiedenen Laboren kommen. Deshalb haben sich einige wenige Labore weltweit auf die Zertifizierung von Solarzellen-Effzizienz spezialisiert. Deren Ergebnisse sind durchaus vergleichbar und daher die einzigen, die für die Angabe von Rekordleistungen akzeptiert werden“, erklärt Prof. Susanne Siebentritt, Leiterin des Labors für Photovoltaik an der Universität Luxemburg.

Der gesamte Bericht steht online zur Verfügung.