Gips-Schüle-Nachwuchspreis 2021 – Markus Feifel erhält Ehrenurkunde für Doktorarbeit zu Tandem-Photovoltaik

Am 27.7.2021 wurde in Tübingen der Gips-Schüle-Nachwuchspreis verliehen. Mit dieser Auszeichnung honoriert die Gips-Schüle-Stiftung jährlich herausragende MINT-Doktorarbeiten (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik) aus Baden-Württemberg. In der Kategorie »Technikwissenschaften« erhielt Dr. Markus Feifel eine Ehrenurkunde für seine am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE verfasste Doktorarbeit zur Tandem-Photovoltaik.

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Wissenschaftsminister a.D. Prof. Dr. Frankenberg, Dr. Markus Feifel, Empfänger der Ehrenurkunde in der Kategorie Technikwissenschaften und Stiftungsvorstand Dr. Stefan Hofmann. ©Gips-Schüle-Stiftung

Höhere Wirkungsgrade im Tandem

Markus Feifel beschäftigte sich in seiner Doktorarbeit mit einem neuartigen Solarzellenkonzept, der Tandem-Photovoltaik. Während in gewöhnlichen Siliciumsolarzellen nur ein Absorber-Material zum Einsatz kommt, das Sonnenlicht in elektrische Leistung wandelt, wird bei der Tandem-Photovoltaik das Spektrum der Sonne auf verschiedene Teilzellen aufgeteilt. Diese sind nur wenige µm dünn und absorbieren nur den Teil des Lichts, den sie mit vergleichsweise geringen Verlusten in Strom wandeln können. Dies ermöglicht höhere Wirkungsgrade als mit gewöhnlichen Einfachsolarzellen.  Auf Grund der Kristallstruktur der verwendeten Halbleitermaterialien wurden Mehrfachsolarzellen bisher in sehr aufwändigen und kostspieligen Methoden hergestellt, wodurch sie bisher fast ausschließlich im Weltraum Anwendung fanden.

 

Bei dem Ansatz, den Markus Feifel in seiner Arbeit erforschte, werden die Solarzellschichten direkt auf kostengünstigen Silicium-Substraten aufgewachsen. Durch den Einsatz einer neuen Elektronenmikroskopie-Methode konnten dabei erstmals zahlreiche Kristalldefekte nachgewiesen werden, die die Leistungsfähigkeit der Gesamtstruktur senken. »Durch die gezielte Analyse der einzelnen Defekte und deren Ursache ist es gelungen, den Wirkungsgrad der einer GaInP/GaAs/Si Dreifachsolarzelle in mehreren Schritten von 19,7 % auf 25,9 % zu steigern. Ich freue mich sehr darüber, für diese Arbeit und dieses Ergebnis von der Gips-Schüle-Stiftung mit einer Ehrenurkunde ausgezeichnet  zu werden,« sagt Markus Feifel und fügt hinzu: »Der erreichte Rekordwert liegt bereits im Bereich der besten Silicium-Einfachsolarzellen, bietet aber noch großes Potenzial für zukünftige Verbesserungen.«

Die Erkenntnisse aus den Forschungen sollen genutzt werden, um Europa als Forschungs- und Entwicklungsstandort der Photovoltaikbranche zu stärken und somit die Energiewende effektiv zu unterstützen. Projekte, die eine Pilotlinie für die Herstellung und Weiterentwicklung dieses Zellkonzeptes anstreben, sind bereits gestartet.

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