Progress in Photovoltaics | Volume33, Issue 1 EU PVSEC 2023 | January 2025 | Pages 100-108
Patrick Schygulla, Ralph Müller, Oliver Höhn, Michael Schachtner, David Chojniak, Andrea Cordaro, Stefan Tabernig, Benedikt Bläsi, Albert Polman, Gerald Siefer, David Lackner, Frank Dimroth
Um den Wirkungsgrad von siliziumbasierten Solarzellen über 30 % zu steigern, ist die Einführung von zusätzlichen Absorberschichten nötig. Halbleitermaterialien mit höheren Bandlücken können den kurzwelligen Teil des Sonnenspektrums effizienter nutzen, sodass weniger Energie als Wärme verloren geht.
In diesem Artikel haben wir eine Dreifachsolarzelle vorgestellt, deren Wirkungsgrad mit 36.1 % unter dem AM1.5g-Standardspektrum der aktuell höchste aller siliziumbasierten Solarzellen ist. Wir nutzten dafür einen dünnen Oberzellschichtstapel aus III-V-Verbindungshalbleitern, also Elementen wie Gallium, Indium, Arsen und Phosphor, den wir nach dem Kristallwachstum direkt mit einer Siliziumunterzelle verbanden. Die Gesamtdicke der Zelle vergrößerte sich dadurch jedoch nur um etwa 1 %.
In einer erfolgreichen internationalen Kooperation haben wir gemeinsam mit dem niederländischen Institut AMOLF eine photonische Gitterstruktur entwickelt und implementiert, die zu einer gesteigerten Lichtausbeute in der Siliziumteilzelle führte. Des Weiteren gelang es uns, die Materialqualität der III-V-Teilzellen derart zu steigern, dass die Spannung der Solarzelle um 60 mV verglichen mit früheren Generationen zunahm. Beide Maßnahmen zusammen ermöglichten den neuen Rekordwirkungsgrad. Wir etablierten ferner neue Messtechnik, um die Lichtkopplung zwischen den einzelnen Bereichen der Solarzelle zu analysieren. Damit zeigen wir auf, wie wir in Zukunft durch Anpassung der Schichtdicken noch höhere Werte erzielen können.