Fraunhofer ISE ontwikkelt de meest efficiënte zonnecel ter wereld met een rendement van 47,6 procent

Dankzij een nieuwe antireflectielaag is het gelukt om de efficiëntie van de tot nu toe beste viervoudige zonnecel te verhogen van 46,1 naar 47,6 procent. © Fraunhofer ISE / Dankzij verbeterde antireflectielaag is de efficiëntie van de tot nu toe beste viervoudige zonnecel gestegen van 46,1 naar 47,6 procent. © Fraunhofer ISE

Dank een nieuwe antireflectielaag is het gelukt om de efficiëntie van de tot nu toe beste vierrij- zonnecel te verhogen van 46,1 naar 47,6 procent. © Fraunhofer ISE / Dankzij verbeterde antireflectielaag is de efficiëntie van de tot nu toe beste vierrij-zonnecel gestegen van 46,1 naar 47,6 procent. © Fraunhofer ISE

De efficiëntie van de nieuwe viervoudige zonnecel stijgt tot een concentratie van het zonlicht van 665 en bereikt hier voor het eerst een waarde van 47,6 procent. © Fraunhofer ISE

De efficiëntie van de nieuwe vier-junction zonnecel neemt toe met de concentratie tot 665 zonnen, en bereikt voor het eerst een conversie-efficiëntie van 47,6 procent. © Fraunhofer ISE

Kwantumefficiëntie van de nieuwe viervoudige zonnecel: de bovenste subcel uit GaInP absorbeert het kortgolvige zonlicht in het zichtbare spectrum. Infraroodlicht wordt omgezet in de onderliggende subcellen uit AlGaAs, GaInAsP en GaInAs. © Fraunhofer ISE

Quantum efficiëntie van de nieuwe vier-junction zonnecel. De bovenste subcel, gemaakt van GaInP, absorbeert kortgolvige zonnestraling in het zichtbare spectrum. Infraroodlicht wordt omgezet in de onderliggende subcellen, die gemaakt zijn van AlGaAs, GaInAsP en GaInAs respectievelijk. © Fraunhofer ISE

Onderzoekers van het Fraunhofer-Instituut voor Solare Energiesystemen ISE zijn erin geslaagd om met behulp van een nieuwe antireflectiebeschichting de efficiëntie van de tot nu toe beste viervoudige zonnecel van 46,1 naar 47,6 procent te verhogen bij 665-voudige zonconcentratie. Een mijlpaal, want momenteel is er geen efficiëntere zonnecel ter wereld. De resultaten werden gepresenteerd op de 2e Internationale TandemPV Workshop, die momenteel in Freiburg plaatsvindt.

Al twee jaar wordt er bij het Fraunhofer ISE gewerkt aan het ambitieuze project genaamd »50Prozent«. Gecoördineerd door het Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK, moet voor het eerst een zonnecel met 50 procent rendement ontstaan. Daartoe wordt elke laag van de complexe meervoudige zonnecellen verder geoptimaliseerd en worden procestechnologische verbeteringen aangebracht aan de metalen contacten, evenals verbeterde antireflectielagen. Het projectteam is nu een eerste doorbraak gelukt: hun nieuwste zonnecel behaalt een rendement van 47,6 procent onder geconcentreerd zonlicht.

„We zijn enthousiast over dit resultaat, dat slechts een jaar na de opening van ons nieuwe centrum voor hoogefficiënte zonnecellen behaald kon worden“, zegt Dr. Frank Dimroth, afdelingshoofd voor III-V fotovoltaïk en concentrator-technologie bij het Fraunhofer ISE. „Met ons werk willen we een bijdrage leveren om de geconcentreerde fotovoltaïk nog efficiënter en concurrerender te maken, omdat wij geloven dat dit de meest duurzame vorm van hernieuwbare energieopwekking is.“

De laagstructuur van de nieuwe zonnecel is al in 2016 ontwikkeld in samenwerking met de Franse Soitec AG, een ontwerper en fabrikant van innovatieve halfgeleidermaterialen. Het betreft een bovenste tandemzonnecel uit Gallium-Indium-Fosfide (GaInP) en Aluminium-Gallium-Arsenide (AlGaAs), die door Soitec op een onderste tandemzonnecel uit Gallium-Indium-Arsenide-Fosfide (GaInAsP) en Gallium-Indium-Arsenide (GaInAs) is gebonden.

De zonnecellaagstructuren zijn nu in het centrum voor hoogefficiënte zonnecellen van het Fraunhofer ISE voorzien van verbeterde contactlagen en een 4-laags antireflectiesysteem. Hierdoor dalen de weerstandverliezen en de reflectie aan de voorzijde van de cel, die gevoelig is in een breed spectrum van 300-1780 nanometer. Traditionele siliciumzonnecellen absorberen zonlicht slechts tot een golflengte van 1200 nanometer en hebben daarom geen zo breedbandige anti-reflectie nodig.

Meervoudige zonnecellen uit III-V-verbindingshalbleiders behoren al sinds lange tijd tot de meest efficiënte zonnecellen ter wereld. Ze bereiken hun hoogste potentieel wanneer het zonlicht bovendien door lenzen wordt geconcentreerd op kleine elementen van enkele vierkante millimeters. „Tot de toepassingsmogelijkheden van dergelijke hoogefficiënte tandemzonnecellen behoren concentrator-Photovoltaïsche systemen, die in zonnige landen bijdragen aan efficiënte energieopwekking“, zegt Prof. Dr. Stefan Glunz, hoofd van de afdeling fotovoltaiek onderzoek bij het Fraunhofer ISE. „Met tandemfotovoltaïk is het mogelijk om de grenzen van enkelvoudige zonnecellen te overstijgen en daarmee uiteindelijk de kosten van zonne-energie te verlagen.“