Ga naar hoofdinhoud

Nieuw wereldrecord voor zonnecellen

Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (ISE) hebben voor de omzetting van zonlicht in elektrische stroom een rendement van 41,1 % gehaald. Hiervoor werd het zonlicht 454 keer geconcentreerd op een oppervlak van 5 mm². De meervoudige zonnecel is gemaakt van III/V GaInP/GaInAs/Ge (gallium-indium-fosfide/gallium-indium-arsenide/germanium).

Fraunhofer ISE ontwikkelt sinds 1999 de metamorfe meervoudige solarcellen uit combinaties van III/V halfgeleidermaterialen op GaAs- of Ge-substraten. Deze materialen zijn optimaal geschikt voor de omzetting van zonlicht in stroom, ze zijn echter slechts met trucjes (de metamorfe groei) te combineren. De reden hiervoor is dat de structuur, in tegenstelling tot die van de gebruikelijke meervoudige zonnecellen, zodanig is opgebouwd dat in het kristalrooster van de halfgeleider de atomen niet op dezelfde afstand zitten (de roosterconstante). Dat bemoeilijkt de groei van de III/V halfgeleiderlagen met hoge kristalkwaliteit, omdat aan de overgangen van de materialen met verschillende roosterconstante een spanning ontstaat die leidt tot vervormingen en andere kristaldefecten.

Hindernis overwonnen

Het is de onderzoekers van Fraunhofer ISE gelukt deze hindernis te overwinnen. Ze konden de defecten, die niet elektrisch actief zijn, binnen de zonnecel lokaliseren. Zo blijven de actieve delen van de zonnecel overwegend defectvrij, een eis voor het bereiken van de hoogste rendementen. De metamorfe kristalgroei maakt het mogelijk om een veel groter aandeel van de III/V halfgeleider verbindingen te gebruiken voor de groei van meervoudige zonnecellen.

Bij deze efficiënte structuren is het belangrijk, door de geschikte keuze van de materialen die het zonlicht absorberen, om het zonnespectrum in drie gelijke bereiken op te delen. Zo genereren alle delen van de cel evenveel stroom. Dit is een belangrijk gegeven voor serieel geschakelde zonnecellen, waarbij de stroom van het gehele element bepaald wordt door de kleinste stroom van een deel van de cel.

Door de keuze van voornoemde materialen kon voor het eerst een zonnecelstructuur worden gekozen die exact is aangepast aan het zonnespectrum waardoor de energie omzetting zo efficiënt is. Bij een 454-voudige concentratie van het zonlicht bereikten de onderzoekers een rendement van 41,1 %, een wereldrecord. Bij een zonconcentratiefactor van 880 kon nog steeds een rendement van 40,4 % worden gemeten.

De efficiënte meervoudige zonnecellen vinden toepassing in fotovoltaïsche systemen voor zonnepanelen in landen met veel direct zonlicht. Het Fraunhofer ISE werkt samen met enkele bedrijven om de nieuwe techniek zo snel mogelijk geschikt te maken voor de markt. Hoge rendementen van zonnecellen zijn de meest effectieve manier om de opwekkingskosten voor stroom met fotovoltaïsche systemen te verlagen.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven