Höchst dotierter französischer Wissenschaftspreis für Fraunhofer-Forscher

Arbeiten im Solarsektor gewürdigt

Die Kraft der Sonne kann uns helfen, auch zukünftig Energie in ausreichender Menge zur Verfügung zu haben. Die konzentrierte Kraft der Sonne hat aber auch einem jungen deutschen Wissenschaftler dazu verholfen, mit dem Preis der „Fondation Louis D“ ausgezeichnet zu werden, dem höchst dotierten Wissenschaftspreis Frankreichs. Dr. Frank Dimroth vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg entwickelt Mehrfachsolarzellen mit Rekord- Wirkungsgraden. Die Preisübergabe erfolgt am 9. Juni 2010 im Institut de France in Paris.

Um Sonnenenergie wirtschaftlich nutzen zu können, arbeiten Forscherteams weltweit an Lösungen, um die Produktionskosten zu senken und die Wirkungsgrade für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie zu erhöhen. Eine herausragende Variante haben Dr. Frank Dimroth und sein Team entwickelt: eine metamorphe Dreifachsolarzelle. Sie kann mehr Sonnenlicht in Strom umwandeln als viele andere Solarzellen und erzielt einen Rekordwirkungsgrad von 41,1 Prozent. Damit das gelingt stapeln die Forscher in einer Mehrfachsolarzelle aus III-V Verbindungshalbleitern drei Teilzellen übereinander, die jeweils einen begrenzten Wellenlängenbereich des Sonnenlichts besonders effizient umwandeln. Auf diese Weise lassen sich Wirkungsgrade erzielen, die etwa doppelt so hoch sind wie diejenigen konventioneller Solarzellen auf der Basis von Silicium.

„Ich freue mich außerordentlich für mein Team und das ganze Institut über diesen herausragenden Forschungspreis und die damit verbundene internationale Anerkennung unserer Arbeit“, sagt Frank Dimroth. „Dieser Preis zeigt uns einmal mehr, dass wir auf dem richtigen Weg sind solareTechnologien zu entwickeln. Konzentratorsysteme haben das Potenzial den Süden Europas schon in wenigen Jahren mit günstigem Sonnenstrom zu versorgen. Dies ist eine wichtige Zukunftsaufgabe, der wir uns stellen.“

Eine Mehrfachsolarzelle entsteht mit Hilfe ähnlicher Verfahren wie sie in der Halbleiterindustrie eingesetzt werden. „Wir arbeiten mit einem modernen Epitaxieverfahren, der sogenannten metallorganischen Gasphasenepitaxie“, erklärt Dr. Dimroth. Dabei werden die vielen Teilsolarzellen auf einem Germanium-Substrat sukzessive übereinander abgeschieden. Es entsteht eine hauchdünne, nur wenige μm dicke Solarzellenstruktur, der man ihre komplexe innere Struktur mit bis zu 50 monokristallinen Einzelschichten nicht mehr ansieht. Mit der Entwicklung des metamorphen Kristallwachstums haben Frank Dimroth und seine Kollegen es möglich gemacht, einen größeren Bereich an III-V Halbleiterverbindungen für das Wachstum von Mehrfachsolarzellen zu nutzen und damit die Solarzelle noch besser an das Sonnenspektrum anzupassen. Mehrfachsolarzellen wurden bislang im Weltraum eingesetzt, um Satelliten mit Energie zu versorgen. Um das hohe Wirkungsgradpotenzial auch für die regenerative Stromerzeugung auf der Erde zu nutzen, haben sich Frank Dimroth und seine Kollegen einen besonderen Aufbau ausgedacht: Sie entwickelten ein photovoltaisches Konzentratormodul, in dem Fresnel-Linsen das Sonnenlicht um einen Faktor 500 auf nur 3 mm2 große Tripel-Solarzellen fokussieren. So lässt sich die teure Halbleiterfläche verringern und der Einsatz von III-V Mehrfachsolarzellen für die Stromgewinnung in Regionen mit viel direktem Sonnenlicht wird attraktiv. „Wir erwarten, dass sich die Hocheffizienz- Konzentratortechnologie, zusätzlich zur Photovoltaik aus kristallinem Silicium und der klassischen Dünnschicht- Technologie, als dritte Technologie zur kosteneffizienten Erzeugung von Solarstrom in sonnenreichen Gebieten der Erde durchsetzt“, sagt Prof. Eicke R. Weber, Leiter des Fraunhofer ISE.