ISE erreicht 68,9 Prozent Wirkungsgrad für GaAs-Dünnschichtzelle unter Laserlicht

Forschern des Fraunhofer ISE ist es gelungen, mit einer Galliumarsenid-basierten III-V Photovoltaikzelle erstmals einen Wirkungsgrad von 68,9 Prozent für Laserlicht mit einer Wellenlänge von 858 nm zu erreichen. Dies sei »der höchste Wert, der jemals für die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom erreicht wurde«. Möglich wurde dies durch eine spezielle Dünnschichttechnologie, bei welcher die Solarzellenschichten zunächst auf einem Substrat aus Galliumarsenid aufgewachsen werden, das später im Bauelement wieder entfernt wird, so die Forscher. Zurück bleibe die wenige Mikrometer dünne Halbleiterstruktur, die anschließend mit einem hoch reflektierenden Rückseitenspiegel versehen wird.
Die Forschungsgruppe untersuchte den Angaben zufolge Dünnschichtzellen mit Rückseitenspiegeln aus Gold sowie einer optisch vorteilhaften Kombination aus Keramik und Silber, wobei letztere die besten Ergebnisse erzielte. Für die Absorber wurde eine n-GaAs/p-AlGaAs Heterostruktur entwickelt, die besonders geringe Verluste an Ladungsträgern durch Rekombination erreicht.
Das Ergebnis zeige, »welches Potenzial in der Photovoltaik auch für industrielle Anwendungen jenseits der Solarstromgewinnung steckt«, sagt Institutsleiter Andreas Bett. Für diese neue Form der Energieübertragung entstünden immer mehr Anwendungen, bei denen der Laserstrahl frei durch den Raum geführt oder in eine Glasfaser eingekoppelt werde. Am Ende befinde sich immer eine Photovoltaikzelle, die spezifisch auf die Leistung und Wellenlänge des Lasers angepasst ist. Solche »Power-by-Light«-Systeme böten Vorteile gegenüber einer konventionellen Energieübertragung mit Kupferkabel, etwa wenn elektromagnetische Verträglichkeit eine Rolle spiele oder eine komplett drahtlose Energieübertragung benötigt werde.
Beispiele für die Anwendungen optischer Leistungsübertragung seien die Strukturüberwachung von Windkraftanlagen, die Überwachung von Hochspannungsleitungen, Treibstoffsensorik in Flugzeugtanks oder die drahtlose Energieversorgung für Anwendungen im Internet der Dinge.
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